Mantenimiento de Maquinas Electricas(2)

o

El ángulo de desfase (
PlO

cos
s;

En vacío, el coseno de
UZn

= 380 = 3 04 125

'

La potencia perdida que hemos medido con el vatímetro en el bobinado primario del transformador en vacío corresponde a las pérdidas en el hierro y en el cobre.

PlO = 2,2 W La potencia perdida en el cobre se puede calcular mediante la resistencia del bobinado y el cuadrado de la intensidad del primario (l1D)2. La resistencia del cobre medido con un óhmetro nos da 2,4 Q; la potencia del cobre será:

p,"= R," . (110)2 = 2,4 . 0,0812 = 0,0015 W Este resultado indica que la potencia que se pierde por el cobredel bobinado se puede despreciar con respecto G Fuente de alimentación de corriente alterno reguloble (outotransformador regulable) Fig. 4.7. Esquema eléctrico del ensayode un transformador en vacío.

a las pérdidas en el núcleo por las corrientes de Foucault y por el fenómeno de histéresis, en cualquier ensayo en vacío.

1.° Determinar las características del transformador.

La impedancia se determinará conocida la tensión y la

2.° Exponer los objetivos del ensayo. 3.° Diseñar el esquema de montaje del ensayo (puede ser como el de la Figura 4.7) y realizar los cálculos previos.

intensidad del primario: z= U1n = 380 =4691 /10 0,081

Q

S,ap = U1n . /1 = 380 . 0,081 = 30,78 VA

4.° Procederemos a localizar los aparatos de medidas necesarios para realizar todas las medidas que el ensayo requiere, y un autotransformador regulable para disponer de diferentes valores de las tensiones. Para eso recurrimos al esquema de montaje que tenemos en la Figura 4.7.

El ángulo de desfase

5.° Realizaremos el montaje de los elementos que requieren el ensayo según el esquema de montaje.

La potencia aparente se determinará conocida la tensión y la intensidad del primario:

PIO

°

22 cos

7.° Cotejaremos los datos obtenidos con loscálculos previos, procederemos a determinar la potencia perdida y redactaremos las conclusiones. Denominaremos protocolo de ensayo al documento que recoge el proceso que hemos expuesto anteriormente. Este protocolo se realiza también con los ensayos del transformador en carga y en cortocircuito, como veremos más adelante.

IIJ Transformador en urtuiruito En los transformadores, al igual que en cualquier dispositivo eléctrico, se producen pérdidas de potencia; una parte de éstas se producen ya en vacío y se mantienen constantes e invariables en carga.

v~=o - - Tabla 4.2. Cuadro de valares para la realización del ensayo.

Para realizar el ensayo de un transformador, deberemos seguir un determinado orden, que puede ser éste:

Fig. 4.8. Circuito equivalente de resistencias e inductancias de un trans-

formador

en

cortacircuito.

Características del transformador

Objetivos del ensayo

Determinar las pérdidas en el hierro

Esquema de montaje

Instrumentos de medidas y regulación a utilizar

Tabla de valores de las medidas realizadas I - - - - - t - - - - - - - -+-~-.-.----t----.-!f-------+--.----¡_-.-.-----, a diferentes valores de la tensión

Cálculos definitivos de la potencia perdida , en el hierro

l _ ~ J~_ ~ __. Tabla 4.3. Ficha para el protocolo de ensayo de un transformador.

---"--_._------_.-----

i -~-----_._--~._----~~--,

la otra parte de las pérdidas de potencia se producen en los conductores de los bobinados primario y secundario, sometidos a la intensidad nominal. Se denominan pérdidas RP debidas al cobre {PevJ. las pérdidasde potencia en el cobre (Peol se determinan mediante el ensayo en cortocircuito.

En el ensayo en cortocircuito, como las intensidades son nominales, se producen pérdidas en el cobre por efectoJoule similares a las que se dan cuando el transformadorestá en carga; se diferencian en el rendimiento cuando el índice de carga es menor que la unidad.

Autotransformador regulable

lID Inso,o en urtO(irnito

t

'\."

1

Con elensayoen cortocircuito, conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeñatensión al primario y cortocircuitando el secundario con un amperímetro (el amperímetro tiene una resistencia prácticamente nula), como se muestra en las figuras 4.9 y 4.10.

Fig. 4.10. Esquema de montaie parael ensayo en'cortacircuito de un transFormador.

las pérdidas en el cobre se calculan mediante:

Peu = R, . 1,; + R2 • 12;

En muchos ensayos en vacío, la lec supera el 25% de la intensidad nominal (lnl.

.1 A.

~

~

Pérdidas en mto(ir¡uito

Estas pérdidas se determinan directamente con el vatímetro conectado en el primario, que corresponde a la potencia en cortocircuito {Pcc} (véase la Figura 4.9).

Fig. 4.9. Esquema de montaie de un transformador en cortacircuito.

El procedimiento es el siguiente: Con un autotransformador regulabley comenzando desde cero, aplicamos progresivamente la tensión, que se incrementa voltio a voltio, hasta conseguir las intensidades nominales en los dos bobinados. la tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensión de cortocircuito {UeJ Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga.

--

Queremos conocer las pérdidas de potencia en los bobinados primario y secundario de un transformador. Para ello conectamos el secundario en cortocircuito; el amperímetro del secundario nos mide una intensidad de 6 A y 2 A en el amperímetro del primario. Midiendo las resistencias de los bobinados con un polímetro digital, tenemos como R¡ una resistencia de 0,85 Q, Y R2 , una resistencia de 1,4 Q.

+ 1,4 . 2

= 5,1 + 2,8 = 7,9 W

En la práctica, la U" se da en valores porcentuales oscila entre un 4 % y un 10% de la tensión nominal Ul n• En transformadores de distribución, la tensión nominal se represento con la letra u minúscula seguida de cc, que indica el valor en cortocircuito {U,,}, así como en las demás magnitudes, como son las impedancias, las inductancias, etc. 100 u" = U" . - - (en%)

u;

Tabla 4.4. Tabla de valores para el ensayo en cortocircuito de un transformador.

•

. , B. Reliltwia¡, indullan(ial eimpedan(ia¡ en (orto(inuilo Los valores de la resistencia (R,J, de la inductacia (X,,), y de la impedancia (l,,) de los circuitos en el ensayo en cortocircuito se obtendrán mediante:

• Resistencia:

IIJ Rendimiento del transformador El rendimiento del transformador se define comola relación entre la potencia cedida al exterior de la máquina por el bobinado secundario y la potenciaabsorbida por el bobinado primario:

• Inductancia: Para determinar el rendimiento de un transformador, podemos seguir el método directo, es decir, medir la potencia del primario con un vatímetro y la del secundario con otro, de forma que el rendimiento vendrá determinado por el cociente que resulta entre ellos, como se expone en la fórmula anterior, en tanto por uno y en tanto por cien, como se indica a continuación:

• Impedancia:

Donde:

También:

W 7) =-·100 2

W¡

Por lo tanto la corriente de cortocircuito siempre dependerá de las resistencias de sus bobinados y de las inductancias de dispersión provocadas por los mismos.

mI L la intmidad de (orto(inuito La intensidad en cortocircuito (Ice) se obtieneasí:

(en% )

Este resultado puede impedirnos calcular el rendimiento, debido a que el error de medida de los voltímetros es mayor que la pequeña diferencia entre P2 y PI' Con el método indirecto podemos determinar el rendimiento a través del cociente que resulta de la potencia que el transformador cede el exterior y la potencia absorbida por el transformador, sumándole las pérdidas en el cobre y las pérdidas en el hierro.

Dadoque no se conoce la tensión del secundario, se obtiene sustituyendo la tensión del secundario (U2) por su valor en la expresión de la relación de transformación, siendo:

La refrigeración en los transformadores se produce de diferentes maneras debido al tipo de construcción, a la potencia, al medio ambiente donde se encuentre, etc.

. , D. !I/allor de potwia de m!o(inuito Una vez obtenidos los datos en el ensayo (la potencia y la tensión de cortocircuito), el cosenode

P"

cos
1"

Los transformadores de pequeña potencia se suelen refrigerar mediante la expulsión del aire caliente directamente a la atmósfera. El calentamiento en el transformador se produce por las pérdidas de energía eléctrica. En los transformadores secos, el escaso efecto refrigerante del aire no es suficiente para su refrigeración natural, por

lo que son construidos con gran superficie de evacuación de erre,

•

Medido de temperatura

Estánormalizado que los transformadores trabajen de forma

Se utilizan varios métodos para medir la temperatura en el

permanente en régimen nominal y a una altitud de 1 000

transformador:

metros; el calentamiento medio no debe superar los 65°C a temperatura ambiente, admitiendo 40°C como tempera-

• Método por termómetro.

tura máxima del ambiente.

• Método por variación de resistencias de los bobinados. • Método por detectores internos de temperatura .

_____ 4

•

1

A. !! método por termómetro

Consiste en tomar la temperatura en el aceite refrigerante y

;.---

6

"t---- 2

[;..----3

sobre el núcleo a aquellos transformadores que tienen cuba de aceite.

A los

transformadores secos se les toma en el núcleo, en

otras partes metálicas y en el bobinado, si se tiene acceso a él, mediante unas sondas específicas para cada punto de contacto que se introducen en la parte del transformador que vayamos a medir, y se conecta a un termómetro digital, como el de la Figura 4.12.

t--- 5 ...-_ _ 8 7

al B.

11 método nr yario(ión de mjltWial

Consiste en medir las resistencias en frío, y después de un tiempo estipulado de aproximadamente cuatro horas, una vez que el transformador está funcionando en régimen nominal, volver a medir las resistencias de los bobinados y Núcleode tres columnas construido a base de chapas magnéticas de grano orientado de bajas pérdidas aisladaspor ambos lados. 2

3 4

Arrollamiento de baja tensión construido con banda de aluminio;las espirasestánfijamente pegadas entre sí mediante material aislante laminado.

calcular la variación de temperatura en función de la diferencia de resistencias en los mismos.

.1 L 11 método par detWom intmol de temperatura

Arrollamiento de alta tensión a base de bobinas individuales de aluminio. bobinados en fleje; la resina se trata en vado.

Consiste en introducir, durante la construcción del transfor-

Terminales de baja tensión; arriba. por el lado posterior. yabajo. mediante consulta.

actúan en forma de señal al detectar la temperatura que se

mador, unos sensores de temperatura (termorresistores) que les ha marcado.

5 Terminales de alta tensión: disposición variable para optimizar el diseño del C.T.

..

6 Separadores elásticos: eliminaciónde vibracionesentre núcleo y devanados. lo que reduce el ruido. 7

8

Armazón y chasis con ruedas orientables para desplazamiento longitudinal y transversal.

-----~

Aislamiento de resinaepoxy/cuarzo molido exentode mantenimiento. seguro contra la humedady tropicalizado, de difícilcombustión y autoextinguible.

Fig. 4.11. Transformador trifásico seco.

Fig. 4.12. Termómetro digital con sondo de temperatura.

111 lA edida deoi~ loro ¡en to Lo medido de aislamiento consiste en verificar el total aislamiento de los circuitos eléctricos del transformador entre sí, y entre éstos y los portes metálicos del transformador. Un aislamiento defectuoso no detectado por el comprobador de continuidad puede provocar cortocircuito en el transformador y generar mayores problemas en el funcionamiento, además de poner en peligro o los personas que estén cerco de éstos. Para ello se utilizo un aparato de medido llamado «medidor de aislamiento» o megóhmetro. El ensayo consiste en medir entre masas y los bobinados uno tensión entre 500 y 1000 voltios en corriente continuo suministrado por el medidor de aislamiento (megger). Para que lo resistencia de aislamiento cumplo los límitesestablecidos por el Comité Electrotécnico Internacional, el volar mínimo será:

Donde:

Ra¡,

= resistencia de aislamiento en M Q

con un mínimo de

250000MQ

u= tensión más elevado de lo máquina en voltios

! Transformador,.

entre 500

I primario

Iy 1000 I y masa

monoiásico IL -

I

..__

I!~I

I

!

+_..

l~;~~~~~_L~~;~:s~a~oL

1 entre 500 I primario y

! y 1000 ,

Tabla 4.5.

•

I

I ~--t ...._-.J

I

l

secundario _'--_ i _ __ I ~

~_,.

I

. '1

i l

Medida de aislamiento en una máquina eléctrica.

Medida de rigidez dieléUri(o

Lo rigidez dieléctrico es lo tensión por unidad de espesor que aguanto el aislante sin perforarse. Se expreso en kV/cm. Esto no es suficiente para que el aislante seo adecuado o lo tensión de funcionamiento, yo que existen muchos factores que pueden complicar el aislamiento, como, por ejemplo, lo humedad, el envejecimiento, el calentamiento excesivo, etc. Para ello se establecen unos normas que deben respetarse paro el buen funcionamiento de lo máquina. Lo rigidez dieléctrico depende de lo naturaleza del aislante, y la tensión que éste puede soportar es el producto de lo rigidez dieléctrica por el espesor.

Fig. 4.14. Dibu¡o del medidor de rigidez dieléctrica.

Fig. 4.13. Medidor

de aislamiento can megóhmetro.

Lo medido se realizo entre codo uno de los bobinados y maso, y entre los bobinados. Se le irá sometiendo pro-

gresivamente durante un minuto a una tensión igual a 2 Un + 1 000 V a 50 Hz, sin superar la tensión máxima de 1500 V.

la posibilidad de cubrir esa necesidad acoplandodos o más transformadores en paralelo. Para que esto sea posible, deben darse las siguientes condiciones: • Igual relación de transformación. • Iguales tensiones de cortocircuito. • Misma conexión a la red. la potencia nominal no debe ser superior al doble de la potencia del otro transformador.

2 Un+

primario

+ 1OOO,,¡; ,,¡; 1500

y secun-

dario

Tabla 4.6 Medida de rigidez dieléctrica en unamáquina eléctrica.

ID Auplomiento en poralelo de transformadores monofósius Cuando tenemos una demanda de potencia mayor que la que podemos suministrar mediante un transformador, cabe

~¡~n1U

@.2 $~@u¡rd~d

en el taller de

ensoyO~

• Conectarsiemprea tierra la estructura metálica del transformador que se vaya a ensayar. • En el ensayo en cortocircuito, poner mucha atención a la tensión que se le proporciona progresivamente al bobinado primario, y no exceder nunca la intensidad nominal del primario o del secundario. • En el ensayo de aislamiento, comprobar que los bornes del transformador están desconectados de la red eléctrica.

-~----~._~---=~-~------

Autoevaluadón

1. ¿Cómo se expresaría que un transformador se en-

-

Un vatímetro.

-

Un amperímetro.

cuentra en vacío?

2. ¿Qué se determina con elensayo de un transformador en vacío?

3. ¿Qué son pérdidas en el hierro? 4. ¿Cuál será la potencia perdida en el hierro por Foucaulten un transformador con una inducción de 1 Tesla (10000 Gauss) y un espesor de la chapa magnética de 0,35 mm, conectada a una red con una frecuencia de 50 Hz?

• Procedimiento: 1.° Mediremos la tensión del bobinado primario UI con el voltímetro VI' 2.° Mediremos la intensidad de corriente del bobinado primario 110 con el amperímetro Al. 3.° Mediremos la potencia activa PIO con el vatímetro conectadoal bobinado primario. /10

5. ¿Qué son pérdidas en el cobre? 6. ¿Qué se determina con el ensayo en cortocircuito?

el, =220V

= 0'05 A

PlO = 1'8 W

R" = 1'40 n V,= 125V

r---

J",

1. ¿Cuál será la potencia perdida en el cobre?

( v '\

8. Define y demuestra el rendimiento de un transfor-

"---_T

mador.

9. Calcula la resistencia de aislamiento de un transformador de 380 V en el primario y 220 V en el secundario. La potencia es de 30 kVA.

10. Cita y explica los métodos para el cálculo del rendimiento de un transformador.

2./)

Fig. 4.15. Esquema del transformadar en vacía.

Resultados de las medidas:

!L\dividades de enseñanza-aprendizaje

11. Ensayo de un transformador en vacío. • Objetivos: -

Determinar las pérdidas de un transformador en vacío.

-

Efectuar el montaje real de un ensayo en vacío.

• Datos: - Calcular la potencia en vacío de un transformador conectado a una red de 220 V. Para ello procederemos a realizar las medidas necesarias con los aparatos correspondientes.

• Medios didácticos: - Un transformador monofásico de pequeña potencia.

a) Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en las mediciones, calcula: la relación de transformación, la potencia activa en vacío (potencia perdida), la impedancia (Z) y la potencia aparente (S,,,} b) Determina el ángulo de desfase (p entre la ten-

sión y la intensidad de corriente,

- Un autotransformador regulable de tensión.

e) Contrasta las pérdidas de potencia por Foucoult y por histéresis.

- Dos voltímetros

d) Comprueba las pérdidas totoles en el hierro.

12. Ensayo de un transformador en cortocircuito.

2.° Tomaremos los datos de la medida de los amperímetros del primario Al y del secundario

A 2•

• Objetivos: Conocer las conclusiones del ensayo de transformador en cortocircuito. -

3.° Tomaremos los datos de la potencia activa con el vatímetro conectado al bobinado primario.

Conocer el montaje real de un ensayo en cortocircuito.

f--~-I---~-~-

i

1

Vee i Pec i i.; ------~-,--------~___1 , .

Conocer la tensión de cortocircuito (en %).

Iln

.

: :

• Medios didácticos: -

Un transformador monofásico de pequeña potencia.

-

Un autotransformador regulable de tensión.

-

Un voltímetro.

-

Dos amperímetros.

-

Un vatímetro.

• Datos: -

Tenemosun transformador de tensión nominal en el primario de 220 V y queremos conocer la tensión en cortocircuito (en %), por lo que hemos de realizar el montaje requerido como indica la Figura 4.16.

4.° En el transformador ensayado, obtenemos el resultado para la tensión en cortocircuito. La tensión en cortocircuito es de gran importancia para el cálculo de la impedancia interna Z del transformador, de la potencia perdida en el cobre Peu ,de los bobinados, del factor de potencia

• Contesta: a) Determina las pérdidas en el cobre.

b) Determina la tensión de cortocircuito de un transformador.

13. Medida de aislamiento del transformador. • Objetivo: Autotransformador regulable

11

. I----------.l-----.,----.l-------'

~

~)

-

Verificar si el transformador cumple la normativa sobre aislamiento.

-

Manejar el medidor de aislamiento o megohmetro (megger).

• Medios didácticos:

Fig. 4.16.

Esquema del transformador en cortocircuito.

• Procedimiento: 1.° Aplicaremos tensión de forma progresiva y de voltio en voltio hasta conseguir en el bobinado primario o en el secundario la intensidad nominal medida por los amperímetros correspondientes.

-

Transformador monofásico.

-

Medidor de aislamiento.

• Procedimiento: 1.° Desconectamos los bobinados primario y secundario de la red y de la carga, respectivamente. 2.° Conectamos el megóhmetro entre el bobinado primario y la carcasa metálica del transformador.

3.° Conectamos el megohmetro entre el bobinado secundario y la carcasa metálica del transformador.

• Procedimiento: 1.° Identificar la tensión mayor a la que trabaja el transformador.

4.° Conectamos el megohmetro entre el bobinado

2.° Conectar el medidor de rigidez dieléctrica a un

primario y el secundario.

borne del primario yola carcasa metálica del transformador; aumentar progresivamente el valor de la tensión de rigidez dieléctrica hasta llegar a 1 500 voltios durante un minuto.

• Datos:

I

I

Transforentre500 primario ¡Infinito (=)1 mador lyl000 lymasa I ¡ monofásico, i I i -~ --1------1---i entre 500 I secundario ¡Infinito (=)jl I !y10oo i y masa I

¡-------L

3.° Conectar el medidor de rigidez dieléctrica a un borne del secundario yola carcasa metálica del transformador; aumentar progresivamente el valor de la tensión de rigidez dieléctrica hasta llegar a 1 500 voltios durante un minuto.

! 1

¡ i

-- ¡

4.° Conectar el medidor de rigidez dieléctrica a un

J

borne del primario y a otro borne del secundario del transformador; aumentar progresivamente el valor de la tensión de rigidez dieléctrica hasta llegar a 1 500 voltios durante un minuto.

i--- -- -l ~ntre 500T;~~ri~~l~~:ito ~)¡-----I

l

!

1

y 1 000

I

secundario

1

I

!

Tabla 4.7. Medida de medidas de aislamiento en una máquina eléctrica.

El resultado obtenido en la medida de aislamiento por el medidor de aislamiento es infinito en cada una de las medidas, como indica el cuadro anterior.

• Contesta:

\2 Un + mador i + 1000 "" monofásico I "" 1 500 I

al Comprobar mediante fórmula si el resultado está dentro de los límites normalizados.

I

!

t

+ 1000 "" ! Ymasa 1 500 I

-

Comprobar la posibilidad de perforación de un aislante.

1'

I¡ 2 Un + i primario I I + 1000 "" I y secun._l-=-.~~~~_ .._~~i~__._. 1

-

-1----

1"" IL_ ,-------r-~---¡----~~-~--

14. Medida de rigidez dieléctrica en sólido. • Objetivos:

!

¡;-~~:---~:C~nd~riot--~--

L_.

¡

.L.

•

¡

~ ._..••_ ...•

• __ . __

(·1 No se ha disparado el medidor de rigidez dieléctrica. fuble ·'~!-.G. Medida de rigidez dieléctrica en unamáquina eléctrica.

Estudiar el concepto de «rigidez dieléctrica».

• Medios didácticos:

• Contesta:

-

Transformador monofásico.

al Comprueba mediante fórmula si el resultado de la medida está dentro de lo normalizado.

-

Medidor de rigidez dieléctrica (chispómetro).

bl

Identifica una perforación provocada.

In a~

nlt~ (on

11

j ~'~]lm

!1IlnrlNHj~Jl

fa !t} 1¡3Uiu5 02 (Drrl,nle {~n¡¡n~u (H) Las

máquinas rotativas

de corriente continua se cla-

sifican en generadores (dinamos) y en motores eléctricos de

ce. Son máquinas reversibles, es decir:

•

El motor convierte la energía eléctrica en mecánica.

•

El generador o dinamo convierte la energía mecánica

Podemos observar en la perspectiva de la máquina de la Figura 5.1 las partes detalladas de una máquina de corriente continua. En estas máquinas, el circuito inductor y el circuito inducido están muy diferenciados tanto en la ubicación dentro de la máquina como en las funciones de cada una de las partes.

en energía eléctrica en forma de corriente continua. Su movimiento es rotativo, por lo que su principio de funcionamiento está basado en los principios de inducción y par electromagnético. En el generador, el

movimiento giratorio

es suminis-

trado por una fuente de energía mecánica exterior aplicada al eje; de esta forma conseguimos en el interior de la máquina un movimiento entre los conductores y el campo magnético de la misma, produciéndose una energía eléctrica que obtenemos de los bornes. En el motor, al contrario que en el generador, se suministra en bornes la energía eléctrica a los conductores y al

Fig. 5.2. Aspecto exteriorde una máquinade corriente continua.

campo magnético de la máquina, con el fin de provocar un movimiento giratorio y, por lo tanto, producir una energía mecánica.

hiU!ljjj ~~! (iTnií~ i~~~OC~H :h !a~ móuin~$ de uH¡nt:~ (ntiuo

Tanto en el caso del generador como del motor, la relación entre un campo magnético y los conductores de la máquina nos lleva al punto de partida del principio de funcionaumiento de una máquina eléctrica de corriente continua, basado en la

inducción electromagnética. Bobinado de excitación

Bobinodo del inducido Bobinado auxiliaro de

Corease o culata Núcleo polar de un polo inductor

Las partes de una máquina eléctrica (bobinados, masas polares, etc.) cuya función es producir la corriente de excitación, y por lo tanto el campo magnético del inductor, se llaman generalmente

ción, desde el punto

polo inductor o de excita-

de vista eléctrico.

En el desarrollo del apartado vamos a ir conociendo cada

conmutación

-,

Pieza polar de un polo auxiliar o de conmutación Núcleopolar de un polo auxiliar o de conmutación

una de las partes que configuran tanto el circuito magnético como el circuito eléctrico del inductor o estator.

a

lA. (ir(ui¡o mognéti(3: polo!, bobinadol polam. (iHiJita jnd!l([H j !),I¡Jriú3d

Las partes de la máquina que corresponde al circuito inEscobilla polo negativo Fig. 5.1. Partes esenciales de una máquina de corriente continua.

ductor son aquellas que se encuentran en la parte fija de la misma; reciben el nombre de estator desde el punto de vista mecánico.

El inductor o estator está constituido por los elementos que se indican a continuación, que aparecen representados en parte en la Figura 5.1. Carcasa o culata No sólo es soporte de todos los elementos de la máquina, sino que sirve de retorno a los flujos creados por los bobinados auxiliares o de excitación. La carcasa o culata está fabricada en acero fundido o laminado (Fig. 5.1 l.

Recuerda Tanto en el caso del generador como del motor, la relación entre un campo magnético y los conductores de la máquina hace que se produzca un movimiento circular, basado en la inducción electromagnética.

"""""" " ' " '' '' ''

~ <,:: : ,:, ,:: , j.• m~m

Núcleo pd
""""""

Polo inductor

::::::::::::

con expansión

~

Son masas magnéticas donde va alojado el bobinado de excitación; son, preferentemente, chapa de acero dulce, y se unen a la carcasa mediante pernos con posibilidad de poderse desmontar (Fig. 5.1 l.

t

"~Ir, rr r I

, , "

I

"L "' 'l \

,,'

'"

"

,

" " , ," " . \'''''''''' \ . L\, " I " ,


Pieza polar de un polo indudor

"",,,,,,,,

Llamada también expansión polar, es la parte más cercana al inducido que rodea en parte a éste (Fig. 5.3), e impide su contacto por medio del entrehierro.

Fig. 5.4. Mejora del flujo inductor.

Núcleo polar de un polo auxiliar o de conmutación Es el núcleo magnético donde va situado el bobinado auxiliar. Está constituido por chapa de acero dulce y, como el núcleo polar, está unido a la carcasa mediante pernos desmontables; su calocación en la máquina eléctrica está entre los polos inductores. Núcleopolar

Pieza polar de un polo auxiliar o de conmutación Al igual que la pieza polar de un polo de excitación, éste es para el polo auxiliar, pero con dimensiones más reducidas, como se puede comprobar en la Figura 5.3.

Piezao expansión polar Fig. 5.3. Núcleo y pieza polar de un polo inductor de una máquina de

corriente continuo,

Culata Entrehierro

Esta pieza aprovecha mejor el paso del Rujo magnético que llega desde el inductor al inducido, como se puede apreciar en la Figura 5.4. Mediante la expansión polar se reduce considerablemente la reluctancia magnética y, por consiguiente, el Rujo de dispersión y las pérdidas magnéticas.

Fig. 5.5. Circuito magnético de una máquina.

Entrehierro El entrehierro es el espacio de aire que existe entre el circuito magnético del bobinado inductor y el circuito magnético del bobinado inducido. Este espacio deberá ser lo más pequeño posible para impedir la dispersión de flujo y mejorar el rendimiento de la máquina (véase Figura 5.5).

+

Polos principales

Bobinados de exciteclén o boblncde indueter El bobinado de excitación es el que produce en el estator el campo magnético cuyo flujo crea las corrientes inducidas en el inducido o rotor. En las Figuras 5.7 y 5.8 podemos observar cómo están conectadas las bobinas de excitación interiormente en una máquina bipolar y tetrapolar, respectivamente.

Polaridad N-S de los polos principales Fig. 5.8. Conexión interna de las bobinas de excitación de una móquina

tetrapo/ar.

Bobinados auxiliar o de conmutación El bobinado auxiliar va conectado en serie con el bobinado inducido, que es un polo magnético suplementario y destinado a mejorar la conmutación. Encintado de la bobina

Estos bobinados realizan una función muy importante para el buen funcionamiento de la máquina, ya que las chispas provocadas en el colector en el momento de la conmutación de delgas, debido a la fuerza electromotriz de autoinducción, se pueden evitar produciendo otra fuerza electromotriz igual pero de sentido contrario, que se induce desde el exterior, en la bobina, durante el proceso de conmutación.

Núcleo aire como hueco para olojcr el núcleo del polo de excitación Fig. 5.6. Bobina de excitación o inductora.

Polo principal de polaridad Norte (N)

Polo inductor

Carcasa

I ~~!~~i;;~~~>-

deIntensidad excitación

Polo auxiliar de polaridad Sur (SI

Polo auxiliar de polaridad Norte (N) polo principal de polaridad sur (S)

Fig. 5.7. Bobina de excitoción o inductora.

Fig. 5.9. Máquina bipolarcon polos auxiliares o de conmutación (polos auxiliares en horizonta/).

J

IJJ ~X(¡tO(ión de los máquinas de (orriente (ontinua

Motor

1

B

1 ~

Los diferentes métodos de conedar los bobinados de excitación con el bobinado del inducido de una máquina de corriente continua nos permiten modificar las formas de funcionamiento, ya sean las conexiones a modo de motores o de generadores. Estudiaremos, por su forma de excitación, los más utilizados en la práctica: L-....

--IIII--

---'

• Excitación independiente. • Autoexcitadas:

Fig. 5.11.

-

Excitación en serie.

-

Excitación shunt.

-

Excitación compund.

.1 A.

Máquinol de mito(ión independiente

Son máquinas que, a través de una fuente de energía eléctrica de corriente continuó exterior, alimentan el bobinado de excitación, produciendo en él el campo magnético necesario para inducir corriente al rotor y producir los efectos que la máquina deberá realizar, bien sea a modo de motor o de generador. El inconveniente de esta máquina es que necesita una fuente exterior para su excitación, lo que hace que su utilización sea limitada.

11I1 B.

MáqUina! outmeitadol

Son máquinas cuya fuente de alimentación al bobinado de excitación llega a través del inducido; de ahí el nombre de «autoexcitadas». Dinamo

A

Esquema de un motor de cede excitación independiente.

En los generadores, el flujo inicial de excitación se produce por el fenómeno de la histéresis, es decir, que al quedar magnetismo remanente retenido en las masas polares de la máquina, se crea un flujo magnético que hace que el inducido pueda moverse dentro del campo magnético, generando así la fuerza electromotriz necesaria. En el caso de los motores, el bobinado de excitación se alimenta a través de la red de corriente continua, fuente habitual para su funcionamiento.

Móquina de excitación en serie La característica exterior de la máquina de excitación en serie como generador es su elevada inestabilidad, pues varía considerablemente la tensión cuando se altera la carga. No se emplea como generador de tensión constante, sino como máquina adicional para mantener constante la tensión al final de la línea. La conexión del bobinado inductor está en serie con el bobinado inducido. Como motor no tiene estabilidad; se embala en vacío y puede producir destrozos mecánicos en la propia máquina. En cuanto a la carga, llega a pararse al sobrepasar la plena carga. El motor de excitación en serie tiene un buen par de arranque y se suele utilizar en grúas, montacargas, etc. En las Figuras 5.11 y 5.12, podemos ver los esquemas de montaje de un generador y un motor de excitación en serie.

Móquina de excitación shunt o derivación

+

'--

Fig. 5.10.

Ba_te_rí_a..,II .....

---'

Esquema de un generador de ce de excitación independiente.

Es una máquina que, trabajando como generador, tiene la característica exterior de ser bastante estable en el suministro de la energía, aunque no tanto como las de excitación independiente. En esta máquina, el bobinado in-

Dinamo

Dinama

A

A

¡~:a

J.~+ Fig. 5.12.

Esquema de un generador de ee de excitación en serie.

1

+~-

Carga

Fig. 5.14.

Motor

Esquema de un generador de ee de excitación shunt,

Motor

8

Red + Fig. 5.13.

Esquema de un motar de ee de excitación en serie.

Fig. 5.15.

ductor va conectado en derivación con los bornes del inducido.

Esquema de un molor de ee de excitación shun!.

Dinamo

Es el generador más utilizado, por ser constante su tensión en bornes y porque soporta bastante bien los cortocircuitos de la línea. Se utiliza como cargador de batería de acumuladores, como generador auxiliar, etc. Como motor tiene la característica de ser bastante estable a cualquier carga, ya que el motor shunt está alimentado por tensión constante. En las Figuras 5.14 y 5.15, podemos ver los esquemas de montaje de un generador y un motor dé excitación shunt. bVláquina excitación compund

Este generador consta de dos bobinados inductores, uno en serie y otro en derivación con el inducido; de ahí también el nombre de máquina compund (compuesta) o mixta. En las Figuas 5.16 y 5.17, podemos ver los esquemas de montaje de un generador y de un motor de excitación

compund.

e---e=}---4 + Fig. 5.16.

Esquema de un generador de ee de excitación compund.

iiJ Esta máquina reúne las características de la conexión serie y las de conexión shunt, por lo que mejora bastante las deficiencias de las anteriores.

Delgas del colector

Motor

B

Conductores alojados en los ranuras

Chapas magnéticas cilíndricas, ranuradas, barnizadas y apiladas

y soldados los extremos

con delgas del colector

Fig. 5.18. Inducido de tambor montado completa.

Red

Fig. 5.] 7. Esquema de motor de CC de excitación compund.

Chapas apiladas que forman el cilindro ferromagnético del inducido

Análisis del (ircuito inducido deun amáq ui nade

Ranuras rectas

1,

i i,

El circuito inducido lleva consigo una serie de elementos conectados entre sí que hacen posible que la máquina realice su función. A continuación se cita cada uno de estos elementos y la función que desempeñan.

El inducido, también llamado rotor, es la parte de la máquina que gira y donde va colocado el bobinado inducido. Está formado por chapas magnéticas aisladas entre sí por un barniz. Su eje está introducido en unos cojinetes que le sirven de soporte.

\

-

Es un cilindro adherido al eje del inducido donde va conectado el bobinado inducido por medio de unas pletinas de cobre aisladas entre ellas por una capa de mica. En las delgas se conectan los principios y finales de cada espira del bobinado inducido. Su material es el cobre.

I I

.

u >«:

•

!

!I

!

I

,

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!

~~

Ranuracón~~va con expanslon

:

paro sujetar el cartón tejo

~

LW

LU __ ,.

Fig. 5.19. Núcleo magnético del rotory diferentes tipos de ranuras del

inducido.

Aislantede mica Delga conductora de cobre

Existen tres tipos de inducidos: el de anillo, el de disco y el de tambor. El que vamos a estudiar es el que se utiliza generalmente, el inducido o rotor de tambor, que alo[o unos huecos llamador ranuras (K) donde se coloca el bobinado que se conectará con el colector.

. , B. (olector

I

iJlifW=

(orriente continua

. , A. Inducido

! .II

. \ ,

Taladro cilíndrico donde se ajusta el eje de giro

Mica Delgas entre las delgas

Ranura para alojar y soldar los terminales Fig. 5.20. Colector de delgas.

. , <. !HObillol Los escobillas son piezas fijos compuestos por mezclo de diferentes tipos de carbón. Esto mezclo las hoce especialmente resistentes poro que puedan soportar el rozamiento con el colector pero sin llegar o dañarlo. Como conexión entre el circuito inductor y el circuito inducido está el punto de acoplamiento entre lo porte móvil y lo porte fijo de lo máquina. Van alojados en un portaescobilla que los mantiene por medio de un resorte, bien por muelle o por otro mecanismo con la presión necesaria para que se realice el contacto satisfactoriamente.

La bobina consta de una parte activa que se encuentra en el interior de la ranura y que se llama sección inducida (5); la parte que se encuentra en el exterior de la ranura y une los lados activos se llama cabeza de bobina. Las bobinas suelen construirse con uno o varios hilos de cobre, y en algunos casos con pletinas. Pueden concurrir en una misma ranura dos o tres secciones inducidas; esto supone tantos finales de bobina como secciones inducidas coincidan en una misma ranura, y tantos principios como secciones inducidas tenga la máquina; es decir, que si una bobina tiene cuatro extremos libres, deberá tener dos secciones inducidas.

Las escobillas pueden ser de diferentes formas y tamaños en función del tipo de portaescobilla que tenga la máquina y la potencia de lo misma.

Terminal de conexión fija

___-~::::-.~-- Conexión Rexible

Cabeza posterior de la bobina (no induce fem)

A

A la~o activo

lado activo o sección inducida (S) (inducen feml

Escobilla de carbón

o sección inducida (S) (inducen fem)

Ranuras. Desarrollo longitudinal del circuito magnético del inducido

Cabeza anterior de la bobina [no induce fem)

Fig. 5.22. Grupo de bobinasdel inducido. Superficie en contacto con los delgas. En el giro del motor,esta superficie toma Forma cóncava

Fig. 5.21. Escobilla de carbón.

•

Los inducidos se construyen generalmente de dos capas, es decir, dos secciones por ranura; por lo tanto, en cada ranura deberán entrar dos haces activos de bobina, que se colocarán de manera que un lado de la bobina quede en la parte interior de la ranura, y el otro lado, .en la parte superior de la ranura que le corresponda (vécise Figura 5.23).

Uementos relotivos O los bobinados del rotor

Ranura 5

Ranura 1 \

\

El rotor, como parte móvil de la máquina eléctrica, es el elemento que sostiene el bobinado inducido entre sus ranuras, además del colector de delgas. Ambos elementos están construidos en cobre. En la Figura 5.20 se puede observar el colector y las partes que lo componen.

Bobina Lo bobina es un número determinado de espiras conectadas entre sí que forman en torno al núcleo magnético el circuito inducido de la máquina.

Haces activos de una bobina colocados sobre ranura /

V

Delgas del colector

Ranura 5 con bobinado de dos capas Haces activos de una bobina colocados sobre ranura

Fig. 5.23. Colocación de las bobinas en las ranuras en bobinado de dos capas.

]

111 Condi(ionu del bobinado indu(ido

En este apartado vamos a ver cada uno de los conceptos necesarios para poder elaborar los diferentes tipos de esquemas de bobinados inducidos.

~I A. ~alO

lado activo de la bobina, incluido éste. En la Figuro 5.25 podemos observar el ancho de bobina. Un lado activo de la bobina se encuentra en un polo, y el otro lado activo en el polo siguiente de signo contrario. El ancho polar será aproximadamente igual al paso polar.

Fórmula 5.2

poiar. a¡][iln de oooinll. ím!teríltiCOI

El paso polar es la distancia que hay entre los ejes de dos polos contiguos y, por lo tanto, de diferente polaridod. El paso polar se obtiene mediante la siguiente fórmula:

Donde:

Yk = ancho de bobina En el caso de la Figura 5.25, el ancho de bobina o paso polar será: Yk == Yp = 6

Fórmula 5.1

~

~

Ranura

Donde:

Lado octivo de la bobina

Ladoactivo de la bobina

Yp = paso polar

K = número de ranuras del inducido

Fig. 5.25. Anchade bobina.

2p = número de polos de la máquina

El paso de ranura no se debe de cambiar salvo cuando se den los casos siguientes: Paso polar, o distancia entre dos polos consecutivos de distinto nombre

Eje polo sur {5}

• El ancho de bobina se podrá alargar o acortar en las máquinas que tengan polos auxiliares si el paso polar es fraccionario; se alargará o acortará la parte complementaria que necesite para que el valor sea un número entero. • Cuando la máquina no tiene polos auxiliares, sólo se puede alargar hasta completar el valor entero del ancho de bobina, es decir, la parte de la fracción hasta completar el valor entero del ancho polar.

•

Fig.5.24. Determinación delpaso polar {Pp} de una móquina hexapo/ar.

liJar

El ancho de bobina (Yk), como su nombre indica, es la anchura que tiene la bobina calculada en ranuras. Determinaremos el ancho de bobina contando desde la ranura posterior a donde se encuentra introducido el primer lado octivo hasta donde se encuentra introducido el segundo

1

B. An¡ho de ¡mión

Como podemos comprobar en la Figura 5.26, el ancho de sección es la distancia medida en secciones inducidas entre dos lados activos de una misma sección. En la Fórmula 5.3 podemos calcular el ancho de sección.

Fórmula 5.3

1

Si U es el número de secciones inducidas: El ancho de sección de la Figura 5.26 (a), con un ancho polar de A, será de:

Y,=Yk·U=A·2=8 El ancho de sección de la Fig. 5.26 (b), con el mismo ancho polar, será de:

a

Fig. 5.26.

b

Bobina de bobinado imbricado de dos secciones inducidas (a). Bobina de bobinado ondulado contres secciones inducidas (b).

Fig.5.27.

Paso de conexión de un bobinado imbricado.

Fig. 5.28.

Paso de conexión de un bobinado ondulado.

gl L Ti,;ll L Bobinado! imbricado! y ondulado!

POlO

rmltonte

El paso resultante es la suma resultante del ancho de sección y del paso de conexión.

El bobinado imbricado se caracteriza por hacer retroceder la parte final de la bobina una vez que entra en la ranura y buscar la delga siguiente a la que se conectó la anterior bobina (véase Figura 5.27). El paso de colector en este tipo de bobinado será de ±1; + 1 será el avance progresivo, y -1 el regresivo.

Se puede expresar también como la distcncio que hay entre principios de dos haces activos consec'útivos. Se indica con la letra Y. Se puede observar en la Figura 5.27 para un bobinado imbricado, y en la Figura 5.28, para un bobinado ondulado.

~I D. (onexión de lo! bobino!. Bobinado! cmodol

g I f.

El paso de conexión es el número de ranuras que hay que saltar desde el haz activo final de una bobina yel principio del haz activo de la bobina a la que se conectará por medio del colector; se representa por la letra y 2 (véanse las Figuras 5.27 y 5.28).

El paso de colector es la distancia en delgas que existe entre las delgas donde está conectada el principio de una sección inducida y la delga donde se conecta el final de la misma (véase la Figura 5.27 para un bobinado imbricado y la Figura 5.28 para un bobinado ondulado).

Todos los bobinados de corriente continua son cerrados, por lo que no deberá quedar ningún extremo libre.

El paso de colector tiene el mismo valor que el paso resultante.

POlO de colector

T q a

derecha, y la corriente circula por él en el sentido de las agujas del reloj.

Fórmula 5.4

Siendo Y = YI - Y2

111 Cluiji(ui6a y uuueríUius de

lo~

El bobinado imbricado regresivo o cruzado se caracteriza por que su desplazamiento es hacia la izquierda; esto hace que el haz activo que termina su recorrido se cruce con el principio del haz activo de su propia bobina, puesto que va buscando la delga anterior (véanse las Figuras 5.30 y 5.31 l.

bobinados imbricados

~¡mpleI El bobinado imbricado es el más antiguo de los bobinados inducidos utilizados en las máquinas de corriente continua; es el más usado y también el más didáctico por su comprensión y disposición de las bobinas. El bobinado imbricado se caracteriza por hacer retroceder la parte final de la bobina una vez que entra en la ranura para buscar la delga siguiente a la que se conectó la anterior bobina, formando de esta manera bucles. Como podemos comprobar en la Figura 5.29, en un bobinado imbricado los terminales de una misma bobina convergen por estar conectados en delgas contiguas.

Fig. 5.30. Esquema simplificado de un bobinado imbricado progresivo.

5

+

Fig.5.29. Disposkión de las bobinas en un bobinado imbricada.

-

.1 A.

TipO\. PrOore¡iVOI yreore¡iVOI

Estos tipos de bobinados, también llamados «sin cruzar» y «cruzados», respectivamente, se diferencian en que el bobinado imbricado progresivo va desplazándose hacia la

Fig. 5.31. Esquema simplificado de un bobinadoimbricado regresivo.

.1

B. Número de ramal en paralelo. (ondi(ionel

Como hemos estudiado anteriormente, el número de escobillas que tiene una máquina de corriente continua es igual al número de polos de que dispone. Pues bien, el bobinado del inducido formará tantas ramas en paralelo como polos tenga la máquina.

Fórmula 5.5

Donde: Fig. 5.32. Distribución y conexión de las escobillas en el calector de delgas.

20 = número de ramas en paralelo 2p = número de polos

~I!. (omiom eQuipolmjalel

~l L Número de delgal del (olWor Sabemos que en una delga llega un final de una sección inducida y un principio de otra sección inducida. Por cada bobina, sabemos que puede haber una, dos o tres secciones inducidas; por tanto, por cada sección inducida deberá haber una delga. El número de delgas del colector también deberá ser múltiplo del número de pares de polos.

Fórmula 5.6

I

D=S=K·U

I

Donde:

D = número de delgas S = número total de secciones inducidas

K = número de ranuras

u= número de secciones inducidas por cada bobina irIl D. PalO de mobjllal El número de escobillas que deberá tener una máquina de corriente continua coincidirá con el número de polos del bobinado. Teniendo en cuenta las delgas del colector, podremos calcular el número de escobillas, como nos indica la siguiente fórmula:

Fórmula 5.7

Se ha observado en las máquinas de bobinados imbricados que cuando los flujos que recorren los distintos circuitos magnéticos son muy diferentes, las causas que fomentan esta alteración son:

• Diferencia en el entrehierro en determinados puntos, al recorrer el rotor los diferentes polos de la máquina; esto puede ser debido al rozamiento del rotor por una mala mecanización, al desgaste excesivo de los cojinetes, a un mal montaje del rotor, etc. • Diferentes materiales o secciones en el circuito magnético, que producen una descompensación tanto magnética como física.

• Diferentes flujos magnéticos producidos por bobinas que, aun con un número de espiras iguales, tengan un diámetro de hilo diferente en algunas bobinas, pero tan aproximado que no se note la diferencia (defecto de fábrica o rebobinado). En los bobinados imbricados, al conectar las escobillas del mismo signo entre sí, al existir desequilibrio en los flujos de las bobinas, pueden producirse extracorrientes o corrientes de compensación en los contactos con las escobillas y, por tanto, causar averías. Esto obliga a utilizar conexiones equipotenciales, que consisten en pequeñas fesistencias que producen corriente de compensación entre ellas sin pasar por las escobillas. En caso de que la máquina no tuviera ninguna descompensación, el efecto de las conexiones equipotenciales sería nulo. El número de conexiones equipotenciales (Neq) corresponde al cociente que resulta entre el número de ranuras (K) y el número de pares de polos de la máquina; viene expresado por la siguiente fórmula:

Fórmu!c 5.8 En una máquina que tenga cuatro polos, el número de escobillas será de cuatro, dos de una polaridad y dos de otra, y se conectarán entre sí las escobillas de la misma polaridad, como podemos ver en la Figura 5.32.

~

~

Por esto, el número de bobinas equipotenciales (Beq) será: Fórmula 5.9

• Datos necesarios:

- Número de ranuras (K). - Número de polos (2p). - Número de secciones por bobinas (U). - Progresivo o regresivo.

y el poso equipotencial (Yeq) deberá ser igual 01 cociente

que resulto entre el número de ranuras y el número de pares de polos. Fórmula 5.10

- Con conexiones equipotenciales o sin conexiones equipotenciales. • Posibilidad de ejecución:

El cociente que resulte entre el número de ranuras y el número de pares de polos deberá ser número entero paro que se pueda realizar.

K N0. entero -= p

IIJ Aplicoci6n de 10$ bobinados múl ti pie L (ar aHeríH ¡(O s

Los bobinados imbricados múltiples se utilizan en máquinas de gran potencio que superan los 400 amperios; esto supone en uno máquina de bobinado simple de reducido número de polos, que deberá tener unos conductores excesivamente grandes y un número de delgas muy pequeño, y si lo velocidad es alta 01 ser reducido en número de polos, lo tensión en las delgas puede alcanzar valores inadmisibles. Poro evitar estosinconvenientes sin necesidad de aumentar el número de polos, se aumento el número de pares de derivaciones en el inducido mediante el empleo de varios bobinados imbricados sencillos.

• Paso de ranuras:

Deberáser comose indicó anteriormente: el poso de ranura Yk igual 01 poso polar Yp , alargándose o acortándose si existen polos auxiliares.

Yk = Yp (aproximadamente) • Número de delgas del colector:

Este tipo de bobinado se construye generalmente de dos copos, siendo B=K. Sabiendo que el número de delgas (D) son los mismos que el número de secciones inducidos (5), si cado bobino tiene un número (U) de secciones, el número de delgas valdrá:

D=5=U·K • Al ser un bobinado progresivo, el paso de colector será:

Yco/= +1

hálish d~1 pruuo de (álnlo de un bobinado imbricodo El siguiente cálculo de los bobinados será sobre los bobinados imbricados simples de tipoprogresivo o no cruzado, que son los mas utilizados generalmente.

En caso de ser regresivo, el poso de colector será: Ycol=-1 • Ancho de sección:

• Paso de sección:

Y2 = Y,- Yco/

.1 A. Dato¡ nelmrio¡ para el lállUlo El proceso poro realizar el cálculo de los bobinados de corriente continuo ha de ser ordenado, como sigue:

• Paso de escobilla:

Y••c = -

D 2p

Con los datos obtenidos y calculado, se confeccionará el esquema.

Bob. 9

m simple Diseño de un bobiudn imbriudo A la hora de realizar el bobinado o rebobinado de una máquina, tenemos que partir del diseño del esquema para realizar el montaje de cada una de las bobinas. A continuación vamos a diseñar varios esquemas de bobinados imbricados simples con diferentes tipos de representación esquemática.

:JíI1 A. Reprmnto(Íón ciHulor. rectangular ylimplilicodo los esquemas de los bobinados se representan de varias maneras. Vamos a realizar sobre un mismo bobinado las representaciones para que se pueda entender e interpretar y más tarde poderlo ejecutar. En los esquemas de las Figuras 5.33 y 5.34, se puede ver un sistema de representación no ortodoxo pero que clarifica bastante la distribución y las conexiones del bobinado.

Bob.5

Bob. .4

Fig.5.34. Esquema circular de un bobinado simple.

El trazado del esquema se puede realizar perfectamente del modo circular, como vemos en la Figura 5.35; las secciones inducidas están representadas en su posición real por puntos a igual distancia distribuidos por todo el contorno del inducido. los hilos del bobinado que salen del colector se dibujan con líneas continuas, mientras que los que vuelven hacia la delga siguiente se pueden dibujar con líneas de trazos; no es éste el caso, pero está bastante extendido. El sistema de representación de la Figura 5.35 es muy complejo de realizar, pero bastante eficaz para su interpretación.

Fig.5.33. Esquema lineal de un bobinado simple.

Como podemos ver, tenemos un bobinado simple de nueve bobinas y un colector con nueve delgas. El final de cada bobina y el principio de la siguiente van conectados a la misma delga. El final de la última bobina va conectado con el principio de la primera en la misma delga. los siguientes esquemas están representados de la manera convencional. Vamos a representar los diferentes esquemas del bobinado de un inducido de 12 bobinas; por lo tanto, de 12 delgas. El número de ranuras es de 12 y su polaridad es de 4 polos.

Fig. 5.35. Representación circular delbobinado de un inducido.

f, Estemismo bobinado puede representarse de manera lineal o rectangular. Esta representación parte del seccionamiento del inducido que se despliega haciendo la parte circular de manera alargada; se observa por ejemplo que las secciones inducidas van paralelas al eje del inducido. La parte de las bobinas que van en la parte superior de la ranura se representan con líneas continuas; en cambio la parte de las bobinas que van en la parte inferior de la ranura se representan con líneas de trazos, como podemos ver en la Figura 5.36. Este sistema de representación es el mós utilizado por la facilidad en cuanto a trazado e interpretación.

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Fig. 5.37, Representación simplificada de un bobinado imbricado.

.1 B. Indilolión de los polos. líneas neutros Zona neutra

Zona neutra Zona neutra

YeHobillos

1

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B -

Como podemos observar en las Figuras 5.35 y 5.36, la indicación de los polos que constituyen la máquina corresponde a cuatro polos, señalizados en la Figura 5.35 en el exterior del inducido por las letras N - S - N - S (norte sur - norte - sur), así como también podemos ver señalizados los polos con las mismas letras en la Fig. 5.36, en la parte superior del colector. En el caso de las líneas o zonas neutras, existirán tantas líneas neutras como polos tiene la máquina, ya que cada línea o zona neutra se encuentra entre dos polos de distintosigno.

Fig. 5.36. Representación lineal o rectongular delbobinado de uninducido.

La representación de forma simplificada corresponde al trazado de una parte del bobinado, ya que se supone que el resto se conecta de igual manera. Esta representación generalmente se realiza con una sola bobina montada sobre el colector o bien un grupo de bobinas (véase la Figura 5.37). Las principales normas, necesarias en cada tipo de bobinado, se pueden resumir de esta manera:

Las líneas neutras, o zona neutra, están señalizadas por líneas de trazos y puntos, que en este caso, por ser el bobinado tetrapolar, son cuatro y se encuentran entre los polos, como podemos ver también en el esquema linealo rectangular. Las escobillas, como se indico con anterioridad, son tantas como polos tiene la máquina; en este caso por ser la máquina tetrapolar se montarán cuatro escobillas, conectadas entre sí y en paralelo de dos en dos entre signos iguales, como podemos ver en la Figura 5.36. La representación de los polos se realiza haciendo el seguimiento del recorrido de la intensidad y agrupando las ranuras con el mismo sentido de corriente.

• Cuando la máquina tiene que suministrar fuertes intensidades,se construyen bobinados imbricados simples o dobles.

Cada grupo que lleva el mismo sentido de corriente forma un polo, y serán tantos polos como grupos se forman.

_ _ • Las máquinas destinadas a funcionar con tensiones elevadas estarán dotadas de bobinados ondulados.

En el esquema del Caso práctico 1 (Esquema 5.1) se puede ver el sentido de la corriente y la formación de los polos.

• En máquinas de potencia media se emplearán tanto bobinados ondulados como imbricados.

Los polos se forman alternativamente con distinto signo, coincidiendo con el número de polos que tiene la máquina.

Calcular el bobinado imbricado simple progresivo y dibujar el esquema del inducido de un generador de corriente continua con los siguientes datos:

N.O de ranuras: K = 16

Acortado en una unidad para que se pueda ejecutar.

N.O de polos: 2p = 4

Pasa de bobina: 1 - 4

N.O de secciones inducidas: U = 1

Paso de colector: Yoo1 = + 1

N.O de bobinas: B= ~ 2

N.O de delgas del colector: D =

5=

B . U= 8 . 1 = 8

Ancho de sección: Y¡ = Yk • U = 4 . 1 = 4

Cálculo

Paso de conexión: Y2 = Y¡ - Yeol = 4 - 1 = 3

posibilidad de ejecución:

Paso de escobillas:

K

16

P

2

-=-=8

(es posible por ser número entero) Paso de ranuras:

D 8 Y. = - = - = 2 ese 2p 4 En este esquema se han colocado las escobillas y se han marcado los sentidos de las corrientes y los polos.

Esquema 5.1

Como se puede ver en el Esquema 5.1, cada polo está formado por cuatro ranuras y los polos consecutivos cambian de

polaridad alternativamente. Mediante este esquema se puede comprobar el resultadode cada uno de los datos calculados.

Este caso práctico se realizará con los mismos datos que el caso práctico anterior, con la diferencia del número de bobinas, poro apreciar lo diferencia entre ambos.

Paso de ranuras:

Calcular el bobinado imbricado simple progresivo y dibujar el esquema del inducido de un generador de corriente continuo con los siguientes datos:

En este coso se puede ejecutor sin acortar el poso de ranura.

N.O de ranuras: K = 16

Paso de bobino: 1 - 5

N.O de polos:2p = 4

Paso de colector: Yeo! = + 1

N.o de secciones inducidos: U =1

N." de delgas del colector: D = 5= B . U = 16 . 1 = 16

N.o de bobinas: B = K (dato diferente)

Ancho de sección: Y, = Yk • U = 4· 1 = 4

Cálculo

Paso de conexión: Y2 = Y¡ - Yeo! =4 - 1 = 3

posibilidad de ejecución:

Poso de escobillas:

K

16

P

2

-=-=8

D 16 Y.",=-=-=4 2p 4

'::"':"'f(' ( ~~

,, ,, ,,

~"..

, ,,, ,,

15

.. ....

,,

,, ,, 16

,~i

,,

,,

Esquema 5.2

lID (losjfiu(ión y uraUerístius de 101 bobinados ondulados serie Cuando en una máquina de corriente continuo resultan _ _ elevados tonto la tensión en bornescomola velocidad con respecto o la potencio de la mismo, es conveniente poner en serie el mayor número de bobinas posibles, ya que todos los bobinados de inducidos forman dos circuitos en paralelo. ' 0 _

O"

Poro ser simétricos, todos los circuitos deben ser iguales; llegamos a la conclusión de que lo mitad de los grupos del bobinado inducido se pueden conector en serie. A los bobinadosonduladostambién se les llama bobinados en serie; poseen dos circuitos en paralelo, es decir, que la mitad de las bobinasse conectan en serie, y éstos entre sí en paralelo. Estos bobinados son recorridos par lo corriente eléctrica a todo lo largo de la periferia del inducido, paro lo cual se conectan dos bobinas en serie. Los bobinados ondulados simples no precisan de conexiones equipotenciales.

Las aplicaciones de los bobinados ondulados son muy limitadas.

escobilla para todos 105 polos del mismo signo, y otra para todos 105 polos de signo contrario.

gl A.

.Ie

Tipol progresjvo! y regmivo!

Estos tipos de bobinados, también llamados «cruzados» y «sin cruzar», se diferencian en que el bobinado ondulado progresivo va desplazándose hacia la derecha una vez que ha recorrido toda la periferia del inducido, conectándose en la siguiente delga y circulando la corriente por él en sentido de las agujas del reloj. El bobinado ondulado regresivo o cruzado se caracteriza por que su desplazamiento es hacia la izquierda, es decir, que una vez que recorre toda la periferia del inducido, se conecta en la delga anterior de la primera conexión (véanse las Figuras 5.38 y 5.39).

Número de eHObillal

Sabemos que en cada línea o zona neutra se requiere una línea de escobillas. Dicho esto, cabe añadir que las líneas de escobillas necesarias para un bobinado ondulado simple son dos, y puede poner una por cada polo. Si queremos saber la distancia en delgas a la que deben estar las líneas de escobillas, aplicaremos la fórmula siguiente:

Fórmula 5.11

. , D. (ondicione! del palO del colector El paso de colector impone unas condiciones que revisaremos partiendo de la fórmula general de 105 bobinados ondulados. Fig. 5.38. Bobinado ondulada no cruzado.

Fórmula 5.12

Estoexige que el número de delgas y de pares de polos sea primo. Esta condición nos demuestra que 195 bobinados ondulados simples en serie no se pueden eie~utar completos o normales para cualquier número de secciones:

D=S=K· U Fig. 5.39. Babinodo ondulado cruzado.

~18. Número de rama! en derivación En 105 bobinados ondulados tan sólo se conectan dos ramas en paralelo (a = 2), con independencia del número de polos que tenga la máquina. Las conexiones internas del bobinado propician la conexión en paralelo de grupos de bobina, lo que hace innecesarias las conexiones a través de las escobillas, de forma que de salida queda tan sólo una

Por lo tanto, las condiciones que deben cumplir 105 bobinados ondulados normales serán: •

El número de ranuras del inducido y el número de pares de polos de la máquina serán número primo.

•

El número de pares de polos por bobina y el número de secciones inducidas deberán ser número primo.

Para que una máquina, por ejemplo, hexapolar cumpla esta última condición, deben construirse bobinas de 1, 2, 4 Y5 secciones inducidas.

J

ID Bobinados ondulados múltiples

Para colocar estas conexiones, se deberán disponer distintos puntos en el campo magnético. Esto obliga a que el número de ranuras sea múltiploexacto del número de bobinados independientes, tal y como se expone en la siguiente fórmula:

oserie-paralelos Si realizamos un bobinado ondulado simple, los diámetros de losconductores que debemos utilizar son excesivos; para evitarlo dispondremos de varios bobinados ondulados simples, con lo que conseguimas un devanado ondulado múltiple, llamado también serie-paralela.

I

Fórmula 5.14 K

n =a

Sabemos que en un bobinado ondulado simple, la sección inducida que cierra el contorno del inducido se coloca en la delga siguiente a aquella de donde partió la primera seco ción inducida. Si una vez completada la vuelta con la sección inducida la conectamos dos delgas más adelante, en la siguiente vuelta del bobinado las conexiones se desplazarán también dos delgas. En la tercera vuelta, conectaremos las secciones inducidas desplazándolas dos delgas más, y así hasta completar el bobinado simple.

¡

• = numero entero

Donde:

n = relación entre el n." de ranuras (K) y el n." de bobinados independientes (a) • El número de secciones inducidas (U) por bobina deberá ser número primo con (m) la relación existente entre los pares de polos con el número de bobinados independientes.

Fórmula 5.15

En las delgas que se han quedado sin conectar, distribuiremos bobinados ondulados simples, tantos como delgas hayamos desplazado, por lo que se constituirá un bobinado ondulado múltiple. Las condiciones que estos bobinados deben cumplir son: • Las fuerzas electromotrices (fem) deberán ser iguales en las distintas ramas en paralelo para evitar corriente de circulación. Para que esta condición se pueda cumplir, el cocienteentre el número de pares de polos y el número de bobinados ondulados independientes deberá ser numero entero.

Fórmula 5.13

•

Pro(uo de (ól(Olo de un bobinado ondulado en serie

A la hora de realizar el bobinado o rebobinado de una máquina, al igual que en los bobinados imbricados, en los ondulados también tenemos que partir del diseño del esquema para realizar el montaje de cada una de las bobinas. A continuación vamos a diseñar varios esquemas de bobinados ondulados simples con diferentes tipos de representación esquemática.

Donde:

.1 A.

m = relación de pares de polos y bobinados independientes

Para el cálculo de un bobinado ondulado simple progresivo o regresivo, el proceso es sirniloeol de los bobinados imbricados. Existen diferencias, que citaremos en la parte de la confección, que sí deberán tenerse en cuenta en el momento de conocer los datos del bobinado que se va a diseñar:

a = bobinados independientes _ - • Las fuerzas electromotrices generadas por los distintos bobinados independientes producen retrasos de unas con respecto a otras; esto nos obliga a colocar conexiones equipotenciales de segunda clase entre los diferentes bobinados.

Datol nelelOriol para el cólculo

• Los datos que debemos conocer para el diseño son: -

Número de ranuras (K).

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I

I

I

j

-

Número de polos (2p).

-

Número de secciones por bobina (U).

-

Indicar bobinado progresivo o regresivo.

-

Conexiones equipotenciales, si las hay.

Para el mismo bobinado pero con cierre artificial, será:

- Si no se puede realizar de forma normal, indicar si el bobinado es de una sección muerta o tiene cierre artificial.

(0- 1) - 1 Yeol = -'-------'--

p

• Ancho de sección.

• Paso de sección.

• Posibilidad de ejecución. Para que un bobinado ondulado se pueda realizar, debemos tener en cuenta las condiciones que se citaron anteriormente y que debemos aplicar. Sabemos que el cociente entre el número de ranuras y el número de secciones inducidas deberá ser número primo del número de pares de polos:

K -=P U

• Paso de escobillas.

o

y =ese 2p

119 Diseño del esquem o de un bobinado en serie

En caso de no cumplirse la condición anterior, se realizará el bobinado con una sección muerta o con cierre artificial.

• Paso de ranuras. El paso de ranura deberá ser el mismo que el paso polar, o lo más próximo a él:

A la hora de realizar el bobinado o rebobinado de una máquina, tenemos que partir del diseño del esquema para proceder al montaje de cada una de las bobinas. A continuación vamos a diseñar varios esquemas de bobinados ondulados con diferentes tipos de representación esquemática.

.1 A. • Número de delgas del colector. Para el bobinado ondulado progresivo o regresivo, el paso de colector será:

O=S=K·U También se utiliza esta fórmula cuando el bobinado tiene cierre artificial. Cuando el bobinado tenga una sección muerta, será:

o = S = (K· U) -

1

• Paso de colector. Para el bobinado ondulado simple y con una sección muerta, el paso de colector será:

Representación circular, rectangular y limplificada

Los esquemas de los bobinados ondulados se representan de varias maneras diferentes. Vamos a reolizor las representaciones sobre un mismo bobinado p¿
1

Los hilosdel bobinado que salen del colector se dibujan con líneas continuas, mientras que los que vuelven hacia la delga siguiente se suelen dibujar con líneas de trazos. El sistema de representación de la Figura 5.40, al igual que los bobinados imbricados, es muy complejo de realizar, pero bastante eficaz para su interpretación.

Eje de escobillas

N

Eje de escobillas Fig. 5.41. Esquema lineal o rectangular de un bobinadoondulado.

sobre el colector, o bien con un grupo de bobinas (véase la Figura 5.42).

s

s

2

Eje de escobillas

N

Ejede escobillas

Fig. 5.40. Esquema de un bobinadoondulado circular. Fig. 5.42. Represen/ación simplificada del bobinodo ondulado sin cruzar.

Este mismo bobinado puede representarse de manera lineal o rectangular. Esta representación parte del seccionamiento del inducido, que se despliega haciendo la parte circular de manera alargada; se observa, por ejemplo, que las secciones inducidas van paralelas al eje del inducido. La parte de las bobinas que va en la zona superior de la ranura se representa con líneas continuas; en cambio, la parte de las bobinas que va en la parte inFerior de la ranura se representa con líneas de trazos, como podemos ver en la Figura 5.41. Este sistema de representación es el más utilizado por la Facilidad en cuanto a trazado.

D-

Fig. 5.43. Representación simplificada del bobinado ondulado cruzado.

Del inducido que se despliega haciendo la zona circular de manera alargada, se observa, por ejemplo, que las secciones inducidas van paralelas al eje del inducido.

.1 B.

La representación de Forma simplificada corresponde al trazado de una parte del bobinado; el resto se estructura o se conecta de igual manera; esta representación se realiza generalmente con una sola bobina montada

Como podemos observar en las Figuras 5.40 y 5.41 r las indicaciones de los polos que constituyen la máquina se corresponden con cuatro polos, señalizados en la Figura 5.40 en el exteriordel inducido por las letras N - S - N - S,

Indicocjón de 101 polol,líneol neutral YeHObillOl

mientras que en la Fig. 5.41 podemos ver señalizados los polos, con las mismas letras en la parte superior del colector.

las escobillas, como se indicó con anterioridad, son tantas como polos tiene la máquina; en este caso, por ser la máquina tetrapolar, se montarán cuatro escobillas, conectadas entre sí y en paralelo de dos en dos entre signos iguales, como podemos ver en la Figura 5.41. las escobillas se pueden reducir a dos en los bobinados ondulados simples, como se ha expuesto anteriormente.

En el caso de las líneas o zonas neutras, existirán tantas líneas neutras como polos tenga la máquina, ya que cada línea o zona neutra se encuentra entre dos polos de distinto signo. las líneas neutras, o zona neutra, están señalizadas por líneas de trazos y puntos, que en este caso y por ser el bobinado tetrapolar, son cuatro y se encuentran entre los polos, como podemos ver también en el esquema lineal o rectangular.

En el siguiente caso práctico, se puede observar cómo van distribuidas las bobinas en el bobinado ondulado de un inducido. Enél también se puede señalizar el sentido de la corriente para la formación de los polos.

Calcular el bobinado ondulado simple progresivo y dibujar el esquema del inducido de un generador de corriente continua con los siguientes datos:

Paso de bobina: 1 - 3 Paso de colector:

N.O de ranuras: K = 13

0+ 1 26 + 1 Yco!=--= =9

3

p

N.O de polos: 2p = 6 N.O de secciones inducidas: U = 2

N.O de delgas del colector: O = K· U = 13 . 2 = 26

Cálculo

Ancho de sección: y! = Y¡ . U = 2 . 2

=4

Paso de conexión: Y2 = Y,o! - Y¡

4

K = 13 ~ número primo de p = 3

U=2

=9 -

=5

Paso de escobillas:

Paso de ranuras:

K

13

2p

6

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Y¡=-=-:=2

26

Yese =-=-"'-5 2p 6-

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2

3

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11

4

5

6

7

8

9

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Esquema 5.3

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12

13

próctico 4

(010

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K 18 Yk = - = - = 3

Calcular el bobinado ondulado simple progresivo y dibujar el esquema del inducido de un generador de corriente continua con los siguientes datos:

2p

6

Número de delgas del colector:

N.O de ranuras: K = 18

D = (K· U) - 1 = (1 8 . 2) - 1 = 36 - 1 = 35

N.O de polos: 2p = 6

Paso de colector:

N.O de secciones inducidas: U = 2 Una sección muerta. Ancho de sección:

Célculo

Y1 = Yk • U = 3 . 2 = 6

K = 18 Y P = 3 --; no son números primos Paso de sección:

U=2

Y2 = Ycol - Y¡

Puesto que el número de ranuras y los pares de polos no son números primos, la ejecución del bobinado será con una sección muerta.

= 12 - 6 = 6

Paso de escobillas:

D 35 Yese =2p - = -6"'6

Paso de ranuras:

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Esquema 5.4

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12 13 14

15

16 17

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18

--------------------------------Autoevaluación 1. ¿En qué parte o partes de la máquina de corrientecontinua se emplea la chapa magnética?

-

Identificar el circuito magnético y el circuito eléctrico.

-

Describir la aplicación de cada una de las partes de la máquina de corriente continua.

-

Identificar, por el tipo de bobinado, si es autoexcitada o de excitación independiente.

2. ¿Se puede distinguir entre un generador y un motor de corriente continua a simple vista, sin placa de características? ¿Porqué?

3. Cita tres tipos básicos de generadores de corriente continua que utilicen la constitución de la máquina eléctrica de corriente continua.

• Medios didácticos:

-

Una máquina de corrientecontinuade excitación independiente.

-

Una máquina de CC de excitación serie.

-

Una máquina de CC excitación shunt.

-

Una máquina de CC excitación compund.

4. Define: a) «Autoexcitodo», b) «Excitación independiente».

5. Con respecto a la máquina de corriente continua, in-

• Procedimiento:

dica: a) Cuatro partes distintas del rotor. b) Cuatro partes distintas del estator.

6. Explica como se produce la autoexcitación en una dinamo serie, shunty compund.

1.° Elección de cualquier máquina de los medios que hay. 2.° Desmontar cada uno de los elementos que la constituye.

7. ¿Qué función tiene la carcasa de una máquina de corrientecontinua? ¿Podría funcionar sin ella? ¿ Porqué?

8. Explica qué función tienen las escobillas en una máquina de corriente continua.

9. ¿Qué son polos auxiliares y qué función tienen en un generador de corriente continua?

Bobinado de excitoción

Inducido

10. ¿Qué dos tipos de bobinados de inducidos se fabrican? ¿Qué diferencias hay entre ellos? Actividades de enseñanza - aprendizaje 11. Definición y característic~s de 105 elementos que constituyen el circuito inducido de la máquina eléctrica de corriente continua.

Polo de excitoción y zapata o expansión polar

Escobilla de carbón con terminal conductor de cobre

a) Tipos de rotor, características de las ranuras y necesidad del colector. Relación entre el número de ranuras y de delgas, secciones inducidas. b) Características de las bobinas de rotor. Tipos de bobinados.

Bobinado inducido

• Objetivos:

-

Identificar directamente cada una da las partes de una máquina de corriente continua.

Bobinado imbricado con dos secciones inducidas

Bobinado ondulcdc con tres secciones inducidas

Fig. 5.44. Diferentes elementos de uno máquina eléctrica de corriente con-

tinua.

• Medios didácticos:

• Resultados: -

Se identifica la máquina que se escogió como una máquina de excitación shunt.

-

Se desmonta el bobinado inductor de la carcasa, el bobinado shunty las escobillas.

-

Se identifica las partes del inducido sin desmontar puesto que está hecho un bloque.

-

Se estudia la aplicación de cada uno de los elementos de la máquina consultando el texto.

• Contesta:

-

Una maquina de corriente continua de excitación independiente. Una máquina de CC de excitación serie.

-

Una máquina de CC excitación shunt.

-

Una máquina de CC excitación compund.

• Procedimiento: 1.° Se desmonta cada una de las máquinas de las expuestas en los medios didácticos.

a) Cita cada una de los elementos de la máquina de corriente continua de la Figura 5.44.

2.° Se seleccionan los diferentes inducidos para su observación.

b) Identifica los elementos que constituyen el circuito magnético.

3.° Se examina el tipo de bobinado que tiene el inducido por medio de los datos que se pueden obtener tras su estudio.

c) Identifica los elementos del circuito eléctrico.

d) Identifica los elementos del circuito inductor. e) Identifica los elementos del circuito inducido.

F) Explica la función de cada una de los elementos citados anteriormente.

12. Resolución y definición a partir del número de polos, ranuras y secciones inducidas los pasos del bobinado. • Objetivo: -

Identificar si el bobinado es simple o múltiple, cruzado o sin cruzar.

Fig. 5.45. Esquema bobinado del inducido de una máquinade

ce.

4.° Tras los resultados que se obtienen del estudio de cada uno de los inducidos se realizan los correspondientes esquemas, obtenidos en esquemas que se indican en las Figuras 5.45, 5.46 y 5.47.

• Contesta: a) ¿Cuáles de los inducidos estudiados son imbricados y cuáles son ondulados?

b) ¿Hay algún bobinado inducido alargado?,¿ y acortado?, ¿ y cruzado?, ¿ y no cruzado? ldentifícalo y explica por qué.

Fig. 5.46. Bobinado inducido de unamáquina de

Z.

n.

Z.

ce. z. n.

n.

Fig. 5.47 Esquema bobinada del inducido de una máquina de

Z.

n.

Z.

n.

ce.

e) Según elesquema representado en lo Figuro 5.47, ¿cómose identifico el número de polos que tiene un inducido?

f) ¿Qué datos son necesarios para el cálculo del bobinado de un inducido? ~

d) Explica losdiferencias esquemáticos entre un bobinado imbricado y un bobinado ondulado.

g) Según los esquemas de los Figuras 5.45, 5.46 Y5.47, señalo los inducidos con bobinado imbricado simple.

e) Explica las diferencias entre los aplicaciones de un bobinado imbricado y un bobinado ondulado.

h) ¿Qué es preferible, montar una línea de escobillas o escobillas individuales?

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.~ nii m¡en tod;é:'rnoQul na~

de corriente continuo

111 Programas de montenim¡ut~ preventivo de máquinas de (Orriente continuo En la Unidad 1 se han considerado diferentes tipos de mantenimiento de máquinas eléctricas: mantenimiento preventivo, mantenimiento correctivo y mantenimiento planificado. En el caso de las máquinas de corriente continua, y de cualquier tipo de máquinas, el sistema de mantenimiento puede desarrollarse desde diversos planteamientos.

historial de la máquina, planning de mantenimiento, equipos de medidas y control para la detección de averías, equipo de herramientas para su reparación si procede, celeridad en la adquisición de los repuestos de las piezas que sustituir, etc. En muchos casos, las empresas no pueden desarrollar todo el proceso de mantenimiento de máquinas con sus propios recursos. Por este motivo, muchas industrias optan por desarrollar el plan de mantenimiento a través de una empresa especializada, o por realizar el programa de mantenimiento preventivo de forma mixta, es decir, parte del mantenimiento lo realiza la propia empresa y parte la compañía contratada para tal fin. Podemos comprobar en la Tabla 6.1 la ficha utilizada en el taller para seguir un proceso ordenado en la gestión de averías de una máquina y conocer su historial.

Para poder desarrollar un buen programa de mantenimiento, se ha de tener en cuenta, sobre todo, la eficacia y la rapidez de las revisiones, las reparaciones o sustitución de la máquina en cuestión y las fechas idóneas de menor producción o mínima repercusión en el rendimiento de la propia máquina.

•

Para ello, los factores que se deberán tener especialmente en cuenta son: un asesoramiento adecuado al plan de mantenimiento propio de cada máquina, una asistencia técnica cualificada y la suficiente celeridad y destreza en el equipo humano. Se debe contar con los medios necesarios:

Generalmente, en el mantenimiento de máquinas eléctricas, los procesos utilizados y la secuencia en las actuaciones varían poco de una máquina y otra.

Procesos y elem entO$ del man ten imien to preven ti vo

Tabla 6.1. Ficha historial de overias para lo reparación y mantenimiento de máquinaseléctricas.

Cada máquina debe contar, además de con un historial de averías, con un plan de mantenimiento preventivo específico.

. , A. PrO(elOl utilizadol en el mantenimiento

preventivo Los procesos para intervenir en una máquina deberán contar al menos con las siguientes líneas de actuación: • Planificación. • Observación. • Actuación. • Comprobación. • Puesta en funcionamiento. En el mantenimiento preventivo es esencial no realizar paradas de la máquina prolongadas; para ello se realizan comprobaciones específicas. En los procesos que se han de seguir, hay que diferenciar las actuaciones de mantenimiento con la máquina en funcionamiento y con la máquina parada. Las intervenciones que se tienen que realizar con la máquina parada son las siguientes: • Limpieza con aspirador o aire seco en las partes internas de la máquina. • Comprobación de escobillas y portaescobillas. • Comprobación de la superficie del colector y el contacto con las escobillas. • Comprobación visual de la uniformidad del entrehierro. • Comprobación visual del equilibrado del rotor. • Comprobación de holguras y ajustes en el rotor. • Comprobación de la placa de bornes, de las conexiones visibles y de la sujeción de las bobinas. • Medición de puesta a tierra y de resistencias de aislamiento.

•.

• Examen del estado de los aislantes. En caso de estar resquebrajados, se limpiarán, se secarán y se rebarnizarán. • Comprobación de la maniobra de arranque. • Comprobación del engrase de los elementos mecánicos.

• Limpieza de los conductos de ventilación. Las actuaciones que se pueden realizar con la máquina en funcionamiento, al no suponer ningún riesgo, son las siguientes: • Limpieza exterior. • Comprobación de la ventilación adecuada. • Comprobación de la temperatura de funcionamiento. • Observación de ruidos, vibraciones y roces. • Medición de la tensión de alimentación y la intensidad de funcionamiento, que se contrastarán con las características correspondientes de la máquina. En la Tabla 6.2, podemos observar un plan de mantenimiento preventivo y correctivo de un ciclo anual.

a,

B. Útilel empleadol en el mantenimiento de máquinal eléltrim

Son muchos los útiles que se emplean en el mantenimiento de máquinas de corriente continua, pero lo particular de estos útiles es que son en su mayoría confeccionados por el propio equipo de mantenimiento, en función de las necesidades que van surgiendo. Estos útiles pueden ser: destornilladores adaptados a las ranuras del rotor, hojos de sierra preparadas para extraer las cuñas de aislamiento de las ranuras, hojas de sierra para cortar los aislamientos, máquina para decapar hiloesmaltado, baquetas con cerdas de acero para la limpieza de ranuras, espadines de nylon para adaptar el hilo esmaltado en la ranura, maza de cuero natural que permite golpear y moldear las bobinas, anillos fijadores de plástico para agrupar los hilos de las bobinas, etc. En la Figura 6.1, podemos ver varios útiles fabricados por el mismo equipo de mantenimiento; en muchos casos pueden tener aplicaciones diversas, ya que en el mercado no existen este tipo de útiles. Para la detección de vibraciones y ruidos, se emplea el estetoscopio, aparato que se coloca sobre la carcasa de la máquina y, a través de un conducto, transmite el ruido a los acoples del oído. Para la medición del calentamiento de la máquina, se utiliza el termómetro, al que se le acoplan unas sondas para llegar a di.ferentes puntos de la máquina. Podemos ver cómo es un termómetro en la Figura 4.12.

limpieza exterior

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Observar ruidos, vibraciones

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Medición de resistencia de aislamiento y puesta tierra Comprobación de maniobra de arranque

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Tabla 6.2. Plan de mantenimiento preventivo de ciclo anual de un generador de corriente continua.

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tor provocando la salida de éste del eje de la máquina, como podemos ver en la Figura 6.3.

Hoja de sierra con mango para cortar aislamientos de cierre de ranuras

Cojinetes a extraer

Hoja de sierra adaptada para extraercuñas de cierre

~~F=¡::=:;] Tornillos de tensada de hoja

I

Eje del extractar

Eje del inducida Palas del extractar

Arco de sierra especial Hoja de sierra para rebajar mica del colector

Fig. 6.3. Extracción del co¡inete del rotor de una máquina.

Fig. 6.1. Diferentes útiles empleados en el manlenimiento de máquinas.

Nivel de burbuja Nivelador Cuando se acoplan dos máquinas, se utiliza un nivelador para la nivelación de los ejes. Se ajustan las varillas del nivelador a los ejes, y cuando sus puntas están alineadas, significa que la nivelación es correcta. En la Figura 6.2 podemos ver como actúa un nivelador.

útil alineadar

Aplicaci6n de la a1ineaci6n

Es una herramienta utilizada para equilibrar las máquinas en la superficie de trabajo; se emplea para el nivelado tanto horizontal como vertical. Consiste en una regla que tiene una pequeña ampolla de agua en la que se encuentra una burbuja de aire. Para la correcta alineación, la burbuja de aire deberá estar en el centro de la parte superior del nivel.

Fig. 6.4. Nivelde burbu¡a paro planohorizontal y vertical.

Fig. 6.2. Alineación de máquinas.

Galgas de espesores Si es necesario detectar la polaridad de los bobinados se emplea la brújula, que, colocada cerca del bobinado, capta el campo magnético de la parte del bobinado que se quiere comprobar.

. - Extractor de poleas Esun útil eficaz para la extracción de poleas, cojinetes y tapas de carcasas. Su funcionamiento consiste en acoplar al eje de la máquina el eje del extractor. Con las palas del extractor colocadas en el cojinete, giramos el eje del extrae'

Es un conjunto de pletinas con espesores exactos para ajustar las uniones de poleas o medir el entrehierro de la máquina. Podemos ver el juego de galgas en la Figura 6.5.

Molde para ranuras Es un útil que se emplea para dar al aislante la misma forma de la ranura en la que se aplica. Como podemos ver en la Figura 6.6, una vez confeccionado el aislante que rodea a la ranura, éste se amolda para que ocupe todo el volumen de la misma; de esta forma el hilo entrará en ella con más facilidad.

- - - Diversos espesores de galgos: 0,1 - 1 mm

• Tijeras de electricista. • Soldador eléctrico. • Comprobador de continuidad acústico.

Mango tipa funda

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• Detector de tensión (buscapolos). Las llaves son esenciales en el desmontaje y montaje de máquinas. Por este motivo no pueden faltar: • Llaves fijas dobles. • Llaves ajustables.

Fig. 6.5. Juego de galgas de espesores.

• Llaves de tubo. • Llaves acodadas. • Llaves de vaso .

• Fig. 6.6. Molde de aislante de ranura.

.1 L Máquina! y herramienta! empleada! en el mantenimiento de una máquina Como se ha podido comprobar en la Unidad 1, las herramientas y máquinas utilizadas en el mantenimiento de máquinas son muy específicas: bobinadora eléctrica, bobinadora manual, devanador estático, juego de moldes, comprobador de inducidos o zumbador, comprobador integral de motores eléctricos, bobina taladradora portátil, taladro sensitivo, esmeriladora, etc. En algunos talleres tienen fresadora para la rectificación de inducidos. En cuanto a herramientas generales, no deben faltar:

Análisis secuencia I del mao te n¡mieoto preve ntivo

Como se ha podido ver en la Tabla 6.2, la secuenciación del plan de mantenimiento preventivo de una máquina es variable. Los elementos que conforman una máquina eléctrica no tienen la misma actividad funcional, es decir, no tienen el mismo grado de deterioro. Por ejemplo, una escobilla que está en rozamiento constante con el colector tiene mayor desgaste que las conexiones de la placa de bornes. Esto nos indica que la secuenciación en un mantenimiento preventivo sólo se realiza con el factor tiempo y por cada elemento.

• Armario mural de panoplia. • Juego de destornilladores planos. • Juego de destornilladores Phillips. • Juego de destornilladores Stecker. • Alicate de boca plana. • Alicate de boca redonda. • Alicate universal. • Alicate de punta. • Aguja larga. • Mordazas.

. , A. Comprobación de lo! an(/ajel. Iliminacjón de vibracjone! y ruido! Una de las causas que puede producir desequilibrios y vibraciones en una máquina es la desnivelación de la propia máquina. Por este motivo es importante la colocación nivelada y ajustada de sus anclajes. La nivelación se puede realizar colocando la máquina en una cimentación adecuada o en carril nivelado. Una vez colocada la máquina en su sitio, terminaremos de nivelar con cuñas preparadas para tal fin, situadas de manera que la burbojo de aire quede en la parte superior del nivel, como muestra la Figura 6.7.

En el caso de las máquinas de corriente continua, se deberá desconectar el inductor serie. la prueba de continuidad se realiza antes de la limpieza, y una vez rebarnizado y secado, se vuelve a comprobar la continuidad y la derivación a masa. En la Figura 6.8 se puede apreciar cómo se realiza la prueba de continuidad.

Bobinado inductor shunt (El-E2j

I Comprobador acústico de continuidad

Bancadade hormigón Fig. ó.7. Nivelación de una máquina eléctrica.

•

1

B. limpieza de 101 aillamiento!. ~ecado y rebarnilado

Se dan casos en que los aislamientos están recubiertos de una película de aceite o de suciedad adherida. Deben limpiarse con un paño humedecido en petróleo para, rápidamente, pasarles un paño limpio y seco. En la actualidad, existen pulverizadores para la limpieza de grasas, aceites, etc., que facilitan considerablemente la limpieza de las máquinas, al proyectar el líquido pulverizado incluso en partes de la máquina donde no se puede acceder. Una vez limpia la máquina, se repasará el bobinado, aplicándole barniz con una brocha. la forma más rápida para secar el rebarnizado es emplear el horno de secado por resistencias, aunque también se utilizan resistencias calefactoras con difusor de calor y al aire (termoventiladores) .

•

.-

1

Bobinado inducida (Al-A2) Fig.6.8. Comprobación de continuidad de una máquina de corriente continua.

.1 D. limpim del colector. !Hado y pmión de lal mobillal El colector se debe limpiar periódicamente del polvo y la suciedad que normalmente se produce en los ambientes de trabajo con máquinas. Para ello se puede frotar con un paño sobre las delgas. También se puede limpiar el colector frotando las zonas sucias, con movimientos circulares, con una Iiia muy fina o con un paño impregnado en petróleo.

e Prueba de aillamiento y continuidad del circuito

la prueba de aislamiento se debe realizar durante la operación de secado, cada cuatro horas y durante un minuto en cada prueba. los bobinados con una resistencia óhmica superior a los 50000 ohmios pueden secarse con el propio calor interno.

. , L Reviljón de 101 borne! y conexionel jnteriom las conexiones de una máquina de corriente continua se realizan en su placa de bornes, componente de fácil acceso para la revisión de sus contactos con los bobinados. la comprobación de continuidad es una operación que clarifica bastante el estado de las conexiones.

1 i

I

Si la comprobación se realiza con un aparato sonoro de continuidad, al agitar levemente las conexiones, se pueden detectar por el sonido las defectuosas. Mediante la resistencia de los bobinados se puede comprobar de forma exacta si existe una mala conexión, por la resistencia de contacto que se produce.

•

1 f.

(on¡ervación de los (ojiHelel. (omprobación de la regularjdad del entre~ierro

Los cojinetes son elementos esenciales para el buen funcionamiento de todos los demás elementos. Un cojinete gastado produce un movimiento descentrado en el inducido y, por tanto, un entrehierro desigual; asimismo puede ocasionar un rozamiento entre el estator yel rotor, y provocar una rotura de las chapas magnéticas tanto del estator como del rotor. Conviene comprobar la holgura de los cojinetes moviendo el eje verticalmente, como se puede observar en la Fi· gura 6.9.

• Detección de contactos a masa en los circuitos del inducido y del inductor. • Detección de interrupciones en los circuitos del inducido y del inductor. • Detección de cortocircuitos en los circuitos del inducido y del inductor. También se determina la colocación correcta de las escobillas y la polaridad de los circuitos inductores e inducidos . Para ello se utilizan útiles y aparatos que permitan obtener, de manera rápida, una valoración inicial para la detección de la avería y para realizar seguidamente su reparación. Los aparatos de medida son los instrumentos que generalmente se utilizan en la detección de averías, además del comprobador de continuidad, el zumbador para los inducidos y la brúiulo. Una vez hechas las comprobaciones pertinentes y antes de desmontar la máquina, se procede a identificar las posiciones que la carcasa y las tapas de la máquina tienen al ser recepcionadas. Para que el montaje de las tapas se realice en la misma posición en la que se desmontó, éstas se señalan con un punzón. En la Figura 6.10 se pueden observar las marcas en la carcasa y las tapas de la máquina.

Señales de referencia en el montaje

Fig. 6.9. Movimiento vertical comprobondo el desgoste de los coiinetes.

lB Pruebas poro lo localizoción de

Fig. 6.10. Marcos de identificación de lo posición de lo carcasa y los Iopas.

overíoL 5iHemas de reparación En todo taller de reparación y mantenimiento de máquinas eléctricas y en toda actuación del equipo de mantenimiento, la propia empresa realiza una prueba de recepción de la máquina. Las pruebas de recepción se centran en:

. , A. Averías del (i¡¡uito indu(tor: deHebado. aislamiento d1!H!'¡új) y cEnl'1Vj iHC 11 El inductor es la parte de la máquina de corriente continua que menos mantenimiento tiene, debido a la nula exposición a movimientos mecánicos, lo que permite un rápido y eficaz mantenimiento.

]

Las averías más comunes del bobinado inductor son:

Salida conexiones

• Descebado del circuito magnético. • Aislamientos defectuosos. • Contactos a masa.

Bobinada inductor

• Bobinas con espiras cortocircuitadas. • Interrupciones espontáneas del circuito.

Descebado

Pala inductor

En un generador de corriente continua, es la pérdida del magnetismo remanente del circuito magnético. El descebado no es una avería ni mecánica ni eléctrica; si se considera una avería, se puede tipificar como una avería magnética, ya que el descebado de una máquina se produce por aportar corriente que provoca un flujo opuesto al flujo remanente del circuito magnético.

Fig. 6.11. Puntas frecuentes de contactos a masa del bobinada inductor.

Este flujo anula completamente el flujo remanente, lo que hace que el generador no produzca corriente. Para volver a crear el magnetismo remanente, se deberá aplicar al bobinado shunt una fuente de corriente continua durante dos o tres minutos.

Aislamiento defectuoso En una máquina eléctrica, el aislamiento defectuoso puede producir múltiples averías. En el caso del bobinado inductor o de excitación, las averías más frecuentes son las producidas por el deterioro del aislamiento que cubre la bobina inductora, y el deterioro del aislamiento del propio hilo esmaltado. Estos desperfectos se producen por vibraciones y por sobrecalentamiento, que ocasionan derivaciones a masa y cortocircuitos en espiras, lo que provoca el funcionamiento defectuoso de la máquina. En la Figura 6.11, se pueden observar los puntos donde, con más frecuencia, se producen los contactos a masa. En la Figura 6.12 se puede observar cómo se localizan las interrupciones o contactos defectuosos mediante un comprobador de continuidad.

Conexiones incorrectas En muchos casos, en las conexiones se producen averías que son fáciles de prevenir. Las conexiones que se realizan en la caja de conexiones y las que se establecen a lo largo del circuito inductor

Comprobación de continuidad par cada bobina Fig. ó.12. Localización de averías en un bobinada inductor.

e inducido deben ser conexiones sólidas y compactas, para evitar que se aflojen por vibraciones o por calentamiento y produzcan averías. La mayoría de las conexiones incorrectas son contactos a masa, bobinas con espiras cortocircuitadas o interrupciones espontáneas del circuito. En la Figura 6.13, se observan diferentes averías que se pueden producir por una mala conexión, como son conexiones flojas, terminal roto, etc.

.1 B.

Pérdidal del entrehierro: lUllitu(ión de (ojinete!. !quilibrodo del rotor

Como es sabido, el entrehierro es el espacio libre que separa el rotor del estator. El entrehierro debe ser siempre uniforme en toda la circunferencia de la máquina, es decir, que

í

Conexión Aojo

tuados en las tapas de la carcasa de la máquina. En la Figura 6.15, se pueden apreciar las bolas del cojinete donde se produce el desgaste.

Bobinado

"-t::::=1~-- Inductor

Solido a caja de barnas rato --\-.!o=--<

Hilo roto Fig. 6.13. Averías que se pueden producir pardeterioro de los conexiones.

la distancia entre el rotor y el estator deberá ser siempre la misma en toda la longitud de la circunferencia. Desgaste de las bolas

Pérdidas del entrehierro

En algunos casos se producen alteraciones de este espacio que llegan a ocasionar averías que, en muchos casos, son complicadas de reparar. En la Figura 6.14, se puede observar el entrehierro.

-----1r'r--\--- Entrehierro

Fig. 6.15. Indicación del desgaste de los rodamientos.

El cojinete se sustituye mediante un extractor de cojinetes y, como indica la Figura 6.3, las palas del extractor siempre se deben colocar en el anillo interno del cojinete aplicándole la fuerza correcta. Una fuerza excesiva aplicada al extractor en el desmontaje del cojinete puede producir daños en el eje y en el propio extractor. Equilibrado del rotor

La maniobra de equilibrado de un rotor se realiza cuando se observan ruidos extraños y vibraciones que no se han suprimido con el cambio de cojinetes. ~

Fig. 6.14. Entrehierro existente entre el rotor y el estator de una máquina eléctrica.

Las causas que producen el desajuste del entrehierra son diversas; entre otras, el desequilibrio eléctrico y mecánico del rotor. Sustitución de cojinetes

No cabe duda de que la causa más generalizada del desajuste del entrehierro es el uso de la máquina, que produce desgaste en los soportes del eje (cojinetes) que están si-

Esta operación se realiza colocando el rotor sobre un caballete especial con ruedas giratorias; haciéndolo girar suavemente con un impulso, se observará que si se para en la misma posición después de varias veces, la parte más pesada será la que quede en la parte inferior del rotor. El equilibrado se realiza colocando tiras de metal (plomo, latón o cobre) entre las cuñas y el aislante de las ranuras opuestas a la parte más pesada del rotor. También se equilibra haciendo la operación contraria, es decir, limando o taladrando la parte del rotor más pesada con la finalidad de reducir el peso en esta zona. En la Figura 6.16 se puede apreciar el punto de desequilibrio de un rotor.

1

l' r Regla

1

Desequilibrio

Fig. 6.16. Detección del desequilibrio de un rotor. Fig. 6.17. Separación de aislantes entre delgas.

•

, L Mal eludo del colwor

El colector, cuando está en mal estado, produce ruidos, chisporroteos, frenado de la máquina, bajo rendimiento, etc. Los colectores, cuando no giran perfectamente o tienen la superficie irregular debido a la presión desigual de las escobillas, se deben alinear manualmente por medio de lijas, rascadores y otros elementos que puedan servir para minimizar los efectos que se han citado.

En la Figura 6.18 se puede observar el portaescobillas con la escobilla incorporada, y la distancia que sobresale la escobilla del portaescobillas hasta reposar en el colector.

Cuando una parte importante de la superficie del colector está defectuosa, se procederá al alineamiento mediante el rectificado y el torneado. Para el pulido se utiliza lija fina. Una de las causas que propician averías en el inducido es el deterioro del aislamiento entre delgas. Si el aislamiento no está suficientemente bajo con respecto a las delgas, será necesario bajar el aislamiento (láminas de mica). Para bajar el aislamiento se utiliza una hoja de sierra con espesor adecuado, o bien fresas especiales para esta operación. El aislante de mica debe quedar al menos 1,5 mm por debajo de las delgas, como indica la Figura 6.17.

•

-

1

D. !HObillal galladal: mOljción. AjulIe del portaembillal

Como sabemos, las escobillas son elementos de carbón especial que conectan eléctricamente el inducido con el circuito exterior. Los soportes o portaescobillas llevan un muelle que aprieta la escobilla sobre el colector. Las escobillas deben cambiarse antes de que la pinza de sujeción repose sobre el portaescobillas; de esta manera, conseguiremos una buena presión en el contacto con el colector.

Fig. 6.18. Portaescobillas.

Las escobillas deben apoyarse en el colector en toda su superficie. Cuando se procede al cambio de escobillas, éstas se deben colocar de manera que la curvatura del colector coincida con la curvatura de la escobilla. Entre las escobillas y el colector, se colocará un papel de liia fina para que éstas se adapten a la curvatura del colector. En la Figura 6.19, se puede observar la forma correcta de lijar las escobillas para adaptarlas mejor a la curvatura del colector.

Cara abrasiva de la lija

I I

Conexión can escobilla rota

Mal contacto Conexión con escobilla entre escobilla / rota y colector

...___--_1

Forma correcta

Forma incorrecta

de lijarescobilla

de lijcrescobilla

,------, Comprobador acústico de continuidad

Cara de papel V a lela

Fig. 6.19. Adaptación de las escobillas al colector.

Hilo de polos auxiliares roto

[gl!. Bobina del indu(ido abierta: inlpwión

del (olellor.lillemal de reparación las causas que pueden provocar interrupción en el circuito del inducido sondiversas. Entre ellas, lasque se citan a continuación son las más comunes: • Mal contacto entre escobillas y colector. • Cable de escobilla roto. • Conexión entre los circuitos inductor e inducido defectuosa.

Fig. 6.20. Procedimiento para poderdetectar interrupciones en el circuito

inducido.

El rotor se va girando mientras se comprueban las delgas contiguas superiores hasta detectar la bobina que está interrumpida. En la Figura 6.21, se puede observar cómo se comprueba la interrupción de una bobina en el inducido.

• Hilo de polos auxiliares cortado. Inducido bobinado

• Bobina del inducido cortado. • Soldadura en colector defectuosa. En la mayoría de los casos, la inspección visual de los puntos de conexión y contacto es suficiente para detectar la interrupción de cualquiera de los circuitos de la máquina. En el caso de no ser detectada la interrupción del circuito, se procederá a la localización mediante comprobador de continuidad u óhmetro, para verificar si el circuito se encuentra abierto o cerrado. En la Figura 6.20 se puede apreciar cómose localiza la posible interrupción en el bobinado inducido.

Fig.

También se puede localizar la interrupción del bobinado inducido mediante el zumbador electromagnético. Una vez conectado el zumbadora la red, se unen las delgas contiguas que se encuentran en la parte superiordel rotor.

.1 f. Bobina del inducido en (ortocircuito.

Si las bobinas que se conectan a esas delgas no están interrumpidas, deberán saltar pequeñas chispas en las conexiones con las delgas. En el caso de no saltar chispas, la bobina conectada a esas delgas está interrumpida o mal conectada.

Ó. 21.

Procedimiento parapoderdetectar interrupciones en bobinas de un inducido.

[mliza(ión del zumbador. Repara(ión El cortocircuito en el bobinado inducido se produce en el momento en que: • Dos espiras de una misma bobina se encuentran en contacto eléctrico y se ha perdido el aislamiento en ese punto.

J

• Entre dos bobinas contiguas se produce el contacto eléctrico y se ha perdido el aislamiento en ese punto. • Dos bobinas ocupan una mismo ranura, se produce el contacto eléctrico y se ha perdido el aislamiento en ese punto. Cuando una bobina del inducido se encuentra en cortocircuito, el calentamiento que se produce en ella es fácilmente localizable, siempre que se tenga acceso inmediato al inducido. En el caso de tener que desmontar la máquina para la detección de la avería, el procedimiento para la localización de la bobina en cortocircuito será utilizando el zumbador electromagnético. El procedimiento habitual para la localización de un cortocircuito en el inducido con bobinado imbricado es utilizar el zumbador electromagnético y una hoja de sierra, como se puede ver en la Figura 6.22. El procedimiento que. se ha de seguir para la localización del cortocircuito mediante el zumbador es colocar la ha[o de sierra longitudinalmente sobre la ranura superior del inducido. El inducido se va girando de forma que se mantenga la hoja de sierra en la ranura superior. Cuando la hoja de sierra vibre, produciendo al mismo tiempo un zumbido, la ranura en la que se produce la vibración y el zumbido es la que aloja una bobina en cortocircuito. La hoja de sierra vibrará en las dos ranuras donde se encuentre la bobina, por lo que no será complicado localizar la bobina averiada.

Hoja de sierro

En los inducidos con el bobinado ondulado, la localización del cortocircuito será algo más complicada. El inducido se colocará de la misma manera en el zumbador, pero se comprobará entre delgas contiguas, con un milivoltímetro¡ la delga en la que el milivoltímetro detecte menor tensión será en la que se encuentre la bobina en cortocircuito.

. , G. Bobina del indu¡ido derivada amala En muchas ocasiones nos encontramos con una derivación a masa que nos obliga a desconectar todos los circuitos por las interconexiones existentes. La localización de un contacto a masa en una máquina de corriente continua requiere revisar todos los circuitos eléctricos. Una vez localizada la derivación a masa yen el caso de ser en el circuito inducido, se procederá al desmontaje del mismo para su comprobación. Se puede detectar la derivación a masa mediante dos procedimientos: • Mediante comprobador de continuidad acústico. • Mediante zumbador electromagnético.

Localización con comprobador de continuidad acústico La localizaciónde derivación a masa se realiza conectondo un terminal del comprobador de continuidad en el eje del inducido, y el otro terminal, en cada una de las delgas del inducido. En el caso de que el comprobador de continuidad suene entre el eje y una delga, la derivación a masa se encontrará en la delga o en la bobina conectada a esa delga. En la Figura 6.23 se puede apreciar este procedimiento.

Inducido

Ejedel inducido

Comprobador de continuidad acústico

Delga del colector

Fig. 6.22. Localización de cortacircuito en un inducido.

Fig. 6.23. Loc~lización de cantocto a masamediante comprobador de continuidad acústico.

¡ I

Localización con zumbador electromagnético y milivoltímetro la localización de derivación a masa se realiza colocando el inducido en el zumbador y conectándolo a la red eléctrica. Conectando un terminal de prueba en la delga superior y el otro en el eje del inducido, el milivoltímetro deberá desviar la aguja detectando tensión. El inducido se va girando; si comprobamos siempre el procedimiento anterior en la delga superior, en el momento en el que en una delga no se detecte movimiento en la aguja del milivoltímetro, habremos encontrado la bobina derivada a masa, que será la conectada a esa delga. En la Figura 6.24 se puede apreciar cómo se realiza la localización de derivación a masa de un bobinado inducido.

• Semimoldeados. Confección de las bobinas mediante moldes, y colocación y ajuste en las ranuras a mano. • Moldeados. Confección de las bobinas mediante moldes, pero, a diferencia del método anterior, la colocación se hace directamente desde el molde diseñado para tal fin. • Con pletinas. la confección de las bobinas con pletinas o barras se emplea en inducidos de gran tamaño; es un procedimiento que requiere útiles y herramientas muy específicas. Por los tipos de inducidos que se manipulan en los talleres y aulas específicas de los Ciclos Formativos, estudiaremos los bobinados de inducidos confeccionados a mano.

.1 A.

Anólilil de 101 10rolteríltilOS lonstrultivos del rotor y del tipo de bobinodo

En la reparación de una máquina eléctrica de corriente continua se han de tener en cuenta, antes de comenzar la reparación y después de localizar la avería, las características mecánicas y eléctricas de la parte de la máquina que se va a reparar.

Inducido

la manera lógica de proceder es anotando esas características en una ficha donde se recopilen todos los datos que se deben tener en cuenta, incluso para facilitar otras posibles reparaciones posteriores .

• Zumbodor electromognético Fig. 6.24. Locolización de derivación a masa ,,!edianle miliva/tímetra.

Protedimiento poro lo reposi(ión del bob inodoin du(ido Para la confección del bobinado de un inducido, se recurre a varios métodos. Aunque todos se realizan a mano, algunos de ellos requieren útiles y herrmnientm d;b""tes

, B. Rmgido de dotos en el dOlUmento opropiodo

la confección de un modelo de ficha para la recopilación de datos de la máquina facilita en gran medida el proceso de la reparación y, sobre todo, la coriíprobación posterior de la máquina. la Tabla 6.3 recoge un modelo de documento para la recopilación de datos de un inducido.

.1 L Operolión de desbobinodo y preporoljón de los elementos melónilos

los métodos para la realización de los bobinados son:

En la operación de desbobinado hay que evaluar el estadG~J de la chapa del núcleo y tener especial cuidado con las arandelas de fibra de sus extremos.

• A mano. Confección de las bobinas directamente sobre el inducido.

Para poder desbobinar el inducido, procederemos a la desoldadura de las bobinas con las delgas; a continuación,

1

i I

---

¡ - - --

----.----------.-

---~-------------+---_._----

I

Número de serie

--~---·~---r-----~------'-----·--··----·--·-

----------- .------. --

i Intensidad (A)

I Tensión (V)

Potencia (w)

-------~---

----r--------------·-

i Factor de sobrecarga

i Frecuencia (Hz)

r-·-----~~ -.-------.------~~---~ ---l-·~ ----~-------

..------------

,, Número de ranuras

i Número de fases

i Número de delgas

¡ Calentamiento admitido (oC)

¡11~_V~lo=id~d(r~;~~~~_=_=~]~~=o-~e~~bin~----

,

I

I Diómetro del conductor (mm)

i,

!I

r'-"'.---.

--'-,-----

, Distoncio entre centro

I de ranura y centrode delga

--------~--i

Distancia entre centro de ranura y centro de mica

I ----,'-,--- '

Caballetes

" " ---,

I

'1

Número de espiras

Fig, 6,25, Desmonioíe de los cuñas de cierre,

I

I

! por bobina

If&?~it~ood;~l~~::C~mb~] ~=18

Caballetes

~

rramienta que se puede observar en la Figura 6.26. Esta herramienta contiene en la punta un elemento cortante que permite que, una vez cortadas las bobinas, se puedan extraer por la parte opuesta del colector.

Martilla eléctrico

1 2 345 6 7 8 9 O 1 2 3 456 7 8 1

II

r-~bI3 U_L

4 5 617'8[910¡11213i41 _-'----l-J

I II

Inducida

L----------------------------lI

II Delgas

Tabla 6.3, Modelo de Ficho de dotas poro

I

un inducido.

para proceder a retirar el bobinado, se extraerán las cuñas y otros aislamientos. En la Figura 6.25, se puede apreciar cómo se extraen las cuñas de sujeción, para después quitar todo el bobinado. En la operación de desmontaje, el aislamiento de las ranuras se retira totalmente para colocar aislantes nuevos.

.'

El desmontaje del bobinado puede resultar bastante complicado. Al estar el bobinado barnizado y muy compacto, ofrece bastante dificultad; en estos casos, una vez extraído el colector del eje, se somete el inducido al calor del horno de secado para aflojar el barnizado y facilitar de esta manera el desmontaje. También se puede desmontar cortando los hilos por la salida de las ranuras, bien con un alicate de corte o con la he-

Fig, 6.26, Corte de las bobinas del inducido,

Para la colocación de los hilos en las ranuras, debemos colocar un aislamiento. Éste se confecciona con papel presspan o poliéster. El aislamiento de la ranura del inducido (cajetín) exige preparar previamente el laminado aislante, cortándolo, doblándolo, etc., trabajo que siempre resulta minucioso. Para reducir el tiempo en la construcción del cajetín aislante, en el mercado se pueden encontrar estos cajetines ya confeccionados. En la Figura 6.27 se puede observar un cajetín ya elaborado, y en la Figura 6.28, los cajetines de las ranuras en el propio inducido.

Una vez desmontado y limpiado el colector y revisadas las delgas, se procede al montaje en el eje; la colocación del colector se debe hacer, exactamente, a la misma distancia del final del eje que se midió en el proceso de desmontaje (véase la Figura 6.30).

Colector Eje

Fig. 6.27. Caietín aíslante de la ranura de un inducido.

.

,

.¡--"" I . I

Distancia eje-colector Fig. 6.30. Medida para la colocación exacta del colectar.

.1 D.

lmencialión de 101 opmljom para la repolilión del bobjnado

Una vez desmontado, restaurados los desperfectos del inducido y tomados los datos del inducido en la ficha de datos, se procede al rebobinado en proceso secuencial, es decir,las operaciones del rebobinado deberán ser ordenadas y precisas. Fig. 6.28. Caietines de ranuras en el inducido completa.

Las cuñas de cierre de las ranuras se construyen de madera, de poliéster, de fibra de vidrio, etc., y son de diferentes tamaños para diferentes potencias. En la Figura 6.29, se pueden observar diferentes tipos de cierre de ranuras de diferentes materiales.

La elección del hilo Para la elección del hilo, debemos medir el diámetro del hilo desmontado del inducido con un micrómetro o pálmero Para poder efectuar la medida con precisión, se deberá quitar el barniz que aisla el conductor; a continuación se realiza la medida, como se observa en la Figura 6.31. ;..

Cuñas de madera

j Cuñasde Fibra Fig. 6.29. Cuñas de cierre de ranuras de inducida.

Fig. 6.31. Medida del diómetro del hilocon el micrómetro o pólmer.

Elaboración y montaje de las bobinas

1.° Bobina

2." Bobina

Una vez determinada la medida del hilo esmaltado y anotada en la ficha de datos, se construye el bobinado del inducido. Este bobinado, como se expuso anteriormente, se construirá a mano, ya que los inducidos utilizados en talleres de formación son de pequeña potencia. En la Figura 6.32 se puede comprobar cómo se realiza el montaje del bobinado de un inducido pequeño: sujetando el inducido con una mano, mientras se bobina con la otra. En la Figura 6.33, el bobinado del inducido se realiza sobre caballetes.

4." Bobina

3." Bobina

~-~__...l5

Hilo de partida 7

Fig. 6.34. Parte del proceso de monlaie de lasbobinas del inducido.

Una vez introducidas las bobinas en cada ranura, éstas se cerrarán con el mismo aislamiento del cajetín, como podemos ver en la Figura 6.35, y posteriormente se ajustará con las cuñas de cierre de madera, de poliéster o de fibra de vidrio.

Fig. 6.32. Monlaie delbobinado de un inducido sobrela mano.

Espadín de fibra presionando la solapa

Debe sobresalir 5 mm

L

I Aislamiento que separa la capa superior de la inferior

Fig. 6.33. Montaje del bobinado de un inducido sobre cabal/etes.

--

En el proceso de montaje de las bobinas, se deberá seguir el esquema que se realice del inducido una vez conocidas las características en la ficha de datos. En la Figura 6.34, se puede ver parte del proceso de montaje de las bobinas del inducido. El proceso terminará una vez ocupadas todas las ranuras.

Espadín de fibra cerrando la segunda solapa

Cierre con cuña de madera

I

I

Fig. 6.35. Proceso de cierre de lasranuros.

1

Conexiones

Bucle

Extremo libre

Las conexiones de las bobinas se realizan en el colector soldando las puntas de las bobinas a las delgas correspondientes del mismo. Para que no produzca cortocircuito en el momento de la soldadura y resbale el estaño por detrás del colector, las conexiones se hacen con el inducido ligeramente inclinado, dejando el colector en la parte más baja, como indica la Figura 6.36. Manteniendo el soldador vertical, se evitará que el estaño se extienda por la delga contigua.

Extremo libre

Bucle

Final Fig. 6.37. Proceso de banda;econ cuerdade un pequeño inducido.

Barra de estaña

Fig. 6.36. Forma de soldar las conexiones en el colector.

• Con brocha: su eficacia es escasa debido a la dificultad de penetración en todos los huecos del bobinado. Este método se aplica para reparaciones y pequeños defectos en los aislamientos. En la Figura 6.38 se puede observar el barnizado con brocha.

El zunchado del inducido tiene por objeto sujetar los hilos que se dirigen al colector para su conexión y para evitar que las bobinas se salgan de las ranuras por la fuerza centrífuga. El zunchado de los pequeños inducidos se conoce como bandaie y se realiza con cuerdas. En los inducidos de grandes dimensiones, el zunchado se realiza con alambre de acero dispuesto a lo largo de la periferia del inducido, pero sin salir de la superficie del mismo. Un bandaje debe estar fuertemente atado y compacto. En la Figura 6.37 se puede observar el método que se ha de seguir en el bandaje de un pequeño inducido.

Fig. 6.38. Barnizado del bobinada mediante brocha.

Barnizado El barnizado es el barniz aislante que se aplica sobre los bobinados para mejorar su aislamiento y su solidez. Un buen barnizado debe impregnar todas las partes del bobinado, incluido el interior de las ranuras si es posible. Los procedimientos más utilizados en el barnizado son:

• Por pulverización: es un barnizado más uniforme y llega donde el pincel no puede llegar; se realiza mediante un pulverizador. • Por inmersión: consiste en sumergir el bobinado en un recipiente de barniz, y moverlo para todos lados con

" .j

el objetivo de evacuar todo el aire a la superficie. En la Figura 6.39 se puede ver el procedimiento de barnizado por inmersión.

...

Inducido sobre caballetes

Manivela acoplado

~~

11I Normos de seguridad en el ID on te n¡ID ¡en to de IDóq u¡na s Las normas que se han de seguir, en el mantenimiento de máquinas eléctricas, siempre son el buen uso de las herramientas y la ausencia de tensión en las máquinas que se van a reparar. El estado de conservación de las herramientas es muy importante. No se debe realizar el desmontaje de una máquina con herramientas deterioradas o inadecuadas. En cada proceso de reparación de averías deben utilizarse las herramientas y útiles adecuados. El puesto de trabajo deberá tener toma de corriente cerca para la prueba con el zumbador electromagnético y evitar largos y enredados cables por el suelo.

Caballetes Fig. 6.39. Método porobarnizar un inducido por inmersión.

Las herramientas y útiles deben estar situadas en el sitio correspondiente para efectuar con rapidez cualquier tipo de reparación.

Autoevaluación 1. ¿Es siempre posible tener un equipo de mantenimiento en la empresa? Razona la respuesta.

2. ¿Qué equipo de herramientas y útiles se necesita para un buen mantenimiento?

3. Explica dos procedimientos para detectar sobrecalentamiento en una máquina de corriente continua.

4. ¿De qué material aislante es la separación entre delgas del colector?

5. ¿Qué es el descebado de una máquina de corriente continua?

6. ¿Cómo se detectan espiras en cortocircuito en un inducido?

7. ¿Cómo se debe soldar en el colector los hilos de las bobinas del inducido?

8. ¿Cómo se cambia un cojinete? 9. ¿De qué materiales están fabricados los cajetines de ranuras y las cuñas de cierre?

10. ¿Qué función tiene el barnizado en la terminación del

4.° Confecciona un programa de mantenimiento preventivo cíclico con periodo de un año.

• Contesta: a) ¿Qué diferencias encuentras entre un programa de mantenimiento preventivo y un historial de averías?

b) ¿Con qué líneas de actuación se deberá intervenir en el mantenimiento de una máquina eléctrica? • c) ¿Cuáles son las actuaciones que deberán realizarse con la máquina parada?

d) ¿Cuáles son las actuaciones que se pueden realizar con la máquina en funcionamiento? 12. Anali:za las averías más comunes que se producen en una máquina de corriente continua.

-

Actividades de enseñanza-aprendizaje 11. Planifica sobre una máquina convencional de corriente continua las secuencias de las operaciones que requiere el mantenimiento preventivo. • Objetivos: Exponer las secuencias del mantenimiento preventivo de un generador de

ce.

-

3.° Ordena y clasifica en función de la frecuencia de mantenimiento.

• Objetivo:

bobinado de una máquina eléctrica?

-

2.° Calcula y consulta en empresas de mantenimiento de máquinas eléctricas la frecuencia de las diferentes operaciones de mantenimiento.

Exponerla frecuencia deactuación sobre cada operación de mantenimiento de una máquina de

ce.

ce.

• Medios didácticos: -

Máquinas de corriente continua.

-

Equipo de medidas. Equipo de herramientas específicas. ;.,

-

Útiles específicos para el mantenimiento de máqUinas.

-

Máquinas relacionadas con el bobinado de máquinas.

• Medios didácticos: -

Programas de mantenimiento preventivo de empresas del sector.

-

Partes de trabajo de operarios en empresa de mantenimiento.

• Procedimiento: 1.° Analiza las averías posibles de un generador de corriente continua.

Aplicar los conocimientos adquiridos en esta unidad para conocer las averías más comunes en una máquina de

• Procedimiento: -

Mediante los equipos de medidas, herramientas y útiles, detecta las posibles averías de una máquina eléctrica.

• Contesta: a) ¿Sabes detectar por el ruido el mal estado de un cojinete? Explica por qué.

b) ¿Sabes detectar por el funcionamiento cuándo el colector está sucio? Explica por qué.

7. 0 En la puesta en marcha del generador, no genera corriente.

c) Explica el procedimiento para la detección de un cortocircuito en el inducido mediante el zumbador electromagnético.

8. 0 Al conectar la carga al generador, la tensión baja rápidamente.

d) Explica el procedimiento para la detección de una derivación a masa en el inducido mediante el comprobador de continuidad acústico. e) Explica el procedimiento para la detección de una interrupción en el bobinado inducido.

0

9. Durante el funcionamiento del generador, la tensión no alcanza la tensión nominal.

• Contesta: a) Cita las posibles causas de las detecciones de funcionamiento defectuoso, con los siguientes indicios:

13. Detecta las posibles causas del funcionamiento defectuoso de una máquina de CC.

-

En la puesta en marcha de la máquina, no arranca.

-

En la puesta en marcha de la máquina, gira a velocidad muy inferior a la normal.

-

En la puesta en marcha de la máquina, gira con velocidad superior a la normal.

-

Durante el funcionamiento, se producen chis' pos en el colector.

• Objetivos: -

Analizar los síntomas de funcionamiento defectuoso de una máquina.

-

Citar las diferentes causas para su reparación.

-

Efectuar el procedimiento en caso de funcionamiento defectuoso de una máquina de

ce.

• Medios didácticos:

Durante el funcionamiento, la máquina se calienta.

Documentación sobre máquinas eléctricas. -

Máquinas de corriente continua.

-

Equipo de medidas.

Durante el funcionamiento, la máquina hace ruido.

Equipo de herramientas específicas. -

Útiles específicos para el mantenimiento de máquinas.

-

En la puesta en marcha del generador, no genera corriente.

-

Al conectar la carga al generador, la tensión baja rápidamente.

-

Durante el funcionamiento del generador, la tensión no alcanza la tensión nominal.

• Procedimiento: 0

1. En la puesta en marcha de la máquina, no arranca. 2.0 En la puesta en marcha de la máquina, gira a velocidad muy inferior a la normal.

b) Cita al menos tres posibles causas de defectos de funcionamiento que coincidan con dos funcionamientos defectuosos.

0

3. En la puesta en marcha de la máquina, gira con velocidad superior a la normal. 4. 0 Durante el funcionamiento, se producen chispas en el colector. 0

5. Durante el funcionamiento, la máquina se calienta. 0

6. Duranteel funcionamiento, la máquina hace ruido.

14. Detecta el cortocircuito en el inducido e identifica las características del esquema del bobinado inducido de una máquina de corriente continua. • Objetivos: -

Conocer el procedimiento a seguir para la detección de averías y la recopilación de datos.

-

Interpretar los elementos que integran los diferentes elementos para la anotación de los valores de cada uno de ellos.

-

Determinar el cálculo y esquema del bobinado inducido a identificar partiendo de los datos obtenidos.

• Medios didácticos: -

15. Localiza la derivación a masa del bobinado inducido de una máquina de corriente continua. • Objetivos: -

Detectar mediante los aparatos adecuados, la derivación a masa del bobinado inducido.

-

Eliminar el contacto a masa si el contacto es exterior y visible.

Polímetro. Ficha para toma de datos. Calibre.

• Medios didácticos: -

Polímetro. Óhmetro

Tornillo micrométrico. Extractor de poleas.

-

Ficha para toma de datos.

Zumbador electromagnético.

-

Calibre.

Comprobador de continuidad acústico.

-

Tornillo micrométrico.

Equipo de herramientas para el desmontaje y montaje.

-

Zumbador electromagnético.

• Procedimiento: 1.° Inspección visual para detectar el cortocircuito. 2.° Aplicación de tensión al inducido para detectar los puntos calientes. 3.° Desmontaje de la máquina para la extracción del inducido.

Comprobador de continuidad acústico. -

Extractor de poleas.

-

Equipo de herramientas para el desmontaje.

• Procedimiento: 1.° Inspección visual para detectar el contacto a masa.

4. ° Comprobación de la resistencia, continuidad y derivación a masa de cada uno de los bobinados.

2.° Conectar el comprobador de continuidad o el óhmetro entre cualquiera de las delgas y masa para comprobar la derivación a masa.

5. ° Anotación de los datas; número de ranuras, delgas, seccionesinducidas, ancho de bobina, ancho de sección, número de polos, paso de colectar.

3.° Realizar la prueba de la detección a masa para la localización de la bobina exocto mediante el zumbador electromagnético.

6.° Con los datos obtenidos y anotados debidamente en la ficha de datos, confeccionar el esquema del bobinado identificado.

4.° Actuar sobre el contacto a masa para la desaparición de la derivación a masa si el contacto es visible y exterior.

• Contesta:

• Contesta:

a) ¿Cuáles son las principales averías del inducido de una máquina de corriente continua?

a) ¿Qué efecto puede producir una derivación a masa?

b) ¿Qué sintamos aparecen cuando el inducido de una máquina de corriente continua está en cortocircuito?

b} ¿Qué aparato te ha sido más eficaz para la detección de la derivación a masa?

c} ¿Qué necesitamos para detectar un cortocircuito?

c) Explica cómo has actuado para corregir la derivación a masa.

";., j

:(nsoYWY;;II;~BíQ#11i!D'b s de (O rrle nte (O ntinua

•

Guerüanu a2 H. lipui y (la~ifi(a(¡ón

por su exrita{ión

Excitación shunt

Excitación independiente

Para un correcto desarrollo de los ensayos de las máquinas que se van a estudiar en esta unidad, se debe conocer al menos el funcionamiento, la excitación y el conexionado de cada una de las máquinas que se van a tratar.

ee

Vamos a estudiar el funcionamiento de la máquina de por separado, es decir, la máquina de corriente continua como generador (dínamo) y como motor.

Excitación serie

Al A2 Fl F2

Al A2 El

E2

Al A2 Dl D2

0000

0000

0000

Excitación compund

Al A2 Fl

Excitación shunt con polos auxiliares

F2 Cl C2

000000

Al A2 Bl B2

O

Dl D2

0000

La mayor parte de la energía eléctrica que se consume es la suministrada por generadores de corriente alterna (alternadores). Pero determinadas aplicaciones industriales necesitan la utilización de la corriente continua. La corriente continua se está utilizando cada vez más como corriente rectificada de la corriente alterna. Pero el estudio yel uso de estas máquinas están justificados por la versatilidad de la propia máquina; una máquina de corriente continua es reversible, es decir, se puede utilizar como generador y como motor. Se diferencian en el funcionamiento: para que un generador produzca corriente, debe ser arrastrado por su eje en un movimiento circular que haga girar el inducido y se obtenga corriente entre sus bornes.

ee

En cambio, a un motor de hay que aplicarle corriente en los bornes del inductor para crear el campo magnético y producir de esta manera el par de giro del inducido o rotor.

•

1

A. Generador de ¡orriente íOntjnua

La corriente de excitación es la que recorre el bobinado inductor y produce el campo magnético.

Bobinado inductor. Serie Bobinado auxiliaro de conmutación Bobinado inductor independiente Tabla 7.1. Normalización de las barnes de las máquinas de ce.

111 Generador de euHO(¡~~ in dep endie nte ee

Es un generador de que recibe la corriente de excitación mediante una fuente de energía del exterior. En la Figura 7.1, se representa el esquema eléctrico de un generador de excitación independiente, con el circuito de excitación conectado a una fuente de en:rgía exterior (batería).

El campo magnético que se produce en las máquinas eléctricas de está proporcionado por electroimanes, que crean los campos suficientes para que su funcionamiento sea idóneo.

ee

En unidades anteriores se vio que, según su sistema de excitación, los generadores se clasifican en: • Generador de excitación independiente. • Generador autoexcitado.

La designación de los bornes que nos encontraremos en las placas de las máquinas de está normalizada de la siguiente manera:

ee

I

Batería '---------11 1-1- - - - Esquema de conexiones

Fig. 7.1. Generador de excitoción independiente.

Esquema simplificado

111 Generador autoeuitado Es la máquina que produce ella misma su excitación tomando la corriente de excitación de su propio inducido. la autoexcitación en estos generadores es posible por el magnetismo remanente que hay en el circuito magnético. Al hacer girar el inducido mediante una máquina motriz a su velocidad nominal se induce una fem {E,} muy pequeña, ya que el flujo remanente es pequeño en los primeros momentos.

se hace con el inductor serie, la tensión que se aplique deberá ser baja (24 voltios en corriente continua). Si la comprobación se hace con el inductor shunt, la tensión que aplicar será de 110 V en corriente continua. la brújula determinará el polo N o S y se seguirá comprobando cada inductor adyacente, de manera que tenga la orientación opuesta al polo anterior, y así hasta completar todo el recorrido de los polos inductores. En la Figura 7.2, se puede ver la determinación de la polaridad de los inductores.

Esta pequeña fem se hace circular por el inducido a velocidad constante; esto reforzará el campo magnético aumentando la f.e.m. inducida (El)' que aumentará a su vez la corriente, y así sucesivamente hasta alcanzar la fem nominal (En) de la máquina.

Fórmula 7.1

E = K· <1>, . n Donde:

K = constante del inducido <1>, = flujo útil producido por el magnetismo remanente

Fig. 7.2. Determinación de la polaridad de las inductores mediante brújula.

n = velocidad nominal

E= f.e.m. de cebado Si la velocidad es constante, la fuerza electromotriz será:

Según el tipo de conexión, los tipos de generadores autoexcitados son:

Fórmula 7.2

• Generador con excitación serie. • Generador con excitación derivación o shunt. • Generador con excitación compuesta o compund.

El proceso de cebado progresivo que se produce en el bobinado inductor, se puede representar siguiendo la secuencia: Magnetismo remanente -t Jex n -7 Enominal

.-

-1

E, -1

lex.l -1

E,

-1 lex.2 -1

E2 -1

...

lo descrito anteriormente no sería posible si en el circuito magnético del inductor no existiera magnetismo remanente, por lo que tendríamos que conectar el bobinado inductor a una fuente de corriente continua externa durante un tiempo determinado. Para comprobar si existe magnetismo remanente y qué polaridad tiene, recurrimos a la brújula. Si la comprobación

. , A. Generador con excitación serie Esaquel cuyo bobinado inductor (DI' D2 ) está conectado en serie con en inducido (A" A2) , de manera que la intensidad que circula por el circuito interior y por el exterior (carga) es la misma. En la Figura 7.3, se puede observar el generador con excitación en serie.

Formula 7.3

Donde:

R, = resistencia del bobinado inductor serie

1; '" intensidad que suministra el inducido

U. = caída de tensión de escobillas. Se considera de valor un voltio; por lo tanto, 2 . 1 = 2 V

lex '" intensidad o corriente de excitación

1= Intensidad que absorbe la carga

1'" intensidad que absorbe la carga La tensión en bornes del inducido según la ley de Ohm será:

Fórmula 7.4

Ub = E- (R; . 1- R, . J) - 2 . U. Donde:

E = fem de cebado Esquema de conexiones

Ub = tensión en bornes de la carga R; = resistencia del inducido

Fig. 7.3. Generador con excitación serie.

Un generador con excitación en serie aporta una intensidad de 1,59 A a una carga exterior que consume una potencia de 350 W. El rendimientoeléctricodel inducido es del 96 %. Calcular la resistencia interior del inducido si la resistencia del bobinado en serie es de 0,98 n. La tensión en bornes será:

P

Esquema simplificado

P, =~ = 350 llG 0,96

= 364 5 W '

La diferencia entre la potencia total y la útil corresponde a la potencia que por efecto Joule se pierde en el cobre (Pp), despreciando la PFe• La resistencia total del circuito (R,), una vez despreciada la caída de tensión en las escobillas, está formada por R, y R;.

350

Ub = - = - - = 220V I 1,59

Pp = P, - P, = 364,5 - 350 = 14,5 W Se conoce el rendimiento del inducido como el cociente que resulta de la potencia útil que absorbe la carga y la potencia total.

v, = R,· J2

Fórmula 7.S Como R, = R, + R;

R; = R, - R, = 11,98 - 0,98 ()

-

= 11 n

-

m, B. Generador con excitación derivoción olhunt Es aquel cuyo bobinado inductor (E" E2) está conectado en derivación con el inducido (A" AJ

La intensidad que circula por el inducido es la suma de las intensidades de excitación y de la carga exterior. En la Figura 7,4 se puede observar el generador con excitación derivación o shunt.

T 1

.1 L Generador íOR wiu(ión (ompuelta o(ompund Es el generador que dispone de dos bobinados inductores, uno conectado en serie con el inducido (DI' D2) Yotro conectado en derivación (El' E2) . Por ser un generador formado por un bobinado en serie y otro en derivación, su nombre es compuesto o compund. Esquema de conexiones

ES9uema simplificado

Fig. 7.4. Generador de excitación s~unt.

Las formas en las que se puede conectar el bobinado inductor en derivación son: Derivación corta, conectando el bobinado shunt antes de conectar al inducido el bobinado serie, como se puede ver en la Figura 7.5.

La tensión en bornes del inducido, por ley de Ohm, será: Fórmula 7.6

I

U.'

R,'. I

Carga Serie

Ub = R· 1 Ub = E- (R¡ . I¡) - 2 U. Donde:

Rd = resistencia del bobinado derivación o shunt

R = resistencia de la carga

Shunt

R¡ = resistencia del inducido

Fig. 7.5. Generador compund, conexión corto.

U. = caída de tensión en las escobillas de valor 1 V. Por tanto, 2 U. = 2 . 1 = 2 V.

Derivación larga, conectando el bobinado serie al inducido antes de conectar el bobinado shunt, como se puede observar en la Figura 7.6. Un generador con excitación shunt genera en vacío una tensión de 220 V. Al someterse a una carga, la tensión baja a 210 V. Calcula la intensidad que absorbe la carga si la resistencia shunt (R d ) es de 98 n y la R¡ es de 8 n.

Carga

La fem inducida en carga será:

Serie

E = Ub + (R¡ . IJ + 2 . U.

-

220 = 210 + 8 . 1; + 2

l. = 220 - 212 = 1 A

,

8

1 =ii=210=218A exRd 98' ",-""""",.:,:;;;;:.=""",,-~_._........."=,,-,,,~,.,-_._---, . ~---_ ..-.

Fig. 7.6. Generador compund, conexión larga.

•

(urvos de (oroueríUius del gener adorde ((

Hasta ahora no ha sido posible establecer un método matemático que relacione las magnitudes que intervienen en el estudio y funcionamiento de las máquinas de

ce.

Para establecer relaciones entre las magnitudes de una máquina de CC se ha recurrido a los ensayos de las máquinas, y a partir de los resultados obtenidos, se determinan representaciones gráficas o curvas características, que nos permiten analizar y predecir el comportamiento de la máquina en sus diferentes estados de funcionamiento.

A continuación trataremos las curvas de características más representativas que se pueden determinar en función de las magnitudes estudiadas. Característica en vacío Es la curva que representa la tensión en bornes en va-

cío, para una velocidad de rotación determinada, en función de la corriente de excitación. La característica en vacío se expresa:

Siendo:

1;= O n = constante

Las curvas de características nos permiten conocer la variación de una magnitud con respecto a otra cuando las magnitudes restantes permanecen constantes. Como se ha comprobado en los ejercicios de aplicación, las magnitudes que intervienen en el funcionamiento de un generador son:

Característica en carga Es la curva que representa la tensión en bornes en función de la corriente de excitación, para una velocidad de rotación y una intensidad en el circuito exterior constantes. La característica en carga se expresa:

• Tensión en bornes de la carga (U¡,j • Corriente de excitación

(I.xl

• Corriente suministrada por el inducido (f;) • Velocidad de giro (ni

Siendo: n = constante 1; = constante> O

La posición de las escobillas se considera fija.

Característica de excitación o regulación

La relación entre las magnitudes citadas nos lleva a la necesidad de representar una función en las que intervengan las cuatro magnitudes.

Es la curva que representa la corriente de excitación en función de la corriente suministrada por la máquina, para una velocidad de rotación y una tensión en borne~ constantes. La característica en carga se representa:

t; = f (1;) Como es complejo relacionar cuatro variables, se recurre a la representación de una variable en función de otra, mientras que las demás permanecen constantes, pudiendo así determinar las diferentes curvas de características.

Donde:

Ub = constante> O n = constante Característica exterior

.1 A.

Tipos de curvas de características esenciales en los generadores de ((

Los diferentes tipos de excitación de una máquina de CC son motivo suficiente para conocer sus características más funcionales y poder establecer el mejor servicio con las mejores garantías de funcionamiento.

Es la de mayor interés, ya que es la curva que representa la tensión en bornes en función de la carga del generador, manteniendo constantes los valores de la intensidad de excitación y la velocidad de rotación. La característica exterior se representa:

J

Donde:

Eo (V)

lex = constante> O

v: (V)

n = constante

•

Interpretuión de los (unos de coracterísticos del generador de excitación independiente " - - - - - - - - - - - - - - - . 1 " (Al

las propiedades del generador con excitación independiente se determinan en función de los aspectos derivados del estudio de la curva de características.

Fig. 7.7.

las ventajas para la determinación de las curvas de características del generador de excitación independiente pasa por no condicionar el inductor al inducido, y viceversa.

. , B. (urvo de corocteríltico en cargo

. , A. (urvo de coroeteríltico en vacío Al funcionar la dinamo de excitación independiente en vacío, la fem coincide con la tensión en bornes; por ello esta curva se representará por:

En la curva se distinguen tres partes. la parte inferiores recta; al producirse una corriente de excitación muy pequeña los amperios vuelta generados son absorbidos por el entrehierro.

Partes de la curvaen vacíode un generador de CC de excitación independiente.

Al funcionar el generador de excitación independiente en carga, se produce en el inducido una caída de tensión por dos motivos: por la propia resistencia del bobinado inducido, además de la producida en las escobillas, y por la caída de tensión como consecuencia de la reacción del inducido:

la característica en carga se deberá hacer con un valor constante en la corriente de carga. En la Figura 7.8, se obtiene la curva de características en función de la carga; se representan cuatro curvas para los diferentes valores de la carga o intensidad nominal.

Esta parte es muy inestable por su elevada inclinación, ya que una pequeña variación de la corriente de excitación produce una gran variación la tensión en bornes rUbo)' En la parte intermedia, conocida también como codo, se pierde la proporción entre la corriente de excitación y la tensión en bornes, lo que produce el inicio de la saturación del circuito magnético; esta parte de la curva, al ser más estable, es la recomendada como zona de funcionamiento. En la parte final de la curva, se llega al punto de saturación de la chapa magnética, y se produce una recta; . - aunque varíe bastante la corriente de excitación, la tensión en bornes no sufre apenas variación.

A,

f-.L..:L.....__- - - - - - - - - - I ~ Punto de cortocircuito

~

Siendo /, la intensidad nominal

En la Figura 7.7, se representa cada una de las partes de la curva de característica en vacío del generador de excitación independiente.

Fig. 7.8.

Curvas de características en carga de un generador con excitación independiente.

. ' L (urva de caraeterí¡tjca de regulación la característica de regulación determina las variaciones de la corriente de excitaciónen diferentes regímenes de cargas, comprendidos entre el vacio y la plena carga: (1ex) = f (1;). La curva de regulación permite conocer la fuerza magnetomotriz del circuito inductor necesaria para cualquier valor de intensidad de carga. Si nos atenemos a la curva de características de regulación de la Figura 7.9, podemos ver cómo la curva corta al eje de ordenadas en un punto, que corresponde con el valor de la corriente de excitación necesaria para suministrar una determinada tensión en bornes en el momento del arranque. El punto B de la curva corresponde a la corriente de excitación necesaria para suministrar la tensión en bornes, cuando el generador suministracorriente a plena carga (In)'

La línea horizontal (Eo) representa la tensión en vacío que este generador produce (1 = O), Y permite comprobar, para cualquier valor de la carga, la caída total de tensión del generador. En el funcionamiento a plena carga indicado por el punto A en la curva, la caída de tensión será:

Cuando la carga alcanza valores elevados, aumenta tanto la caída de tensión interna, principalmente por la reacción del inducido, que la tensión es cercana a cero. Si la intensidad siguiera aumentando llegaría al punto de corto' circuito. En la Figura 7.1 0, se puede observar la curva de característica exterior del generador en cuestión.

--------

Ao

----Ea

______Punto de funcionamiento ------o pleno carga

-, \

B

In

Fig. 7.10. Curva de característica exterior de un generador de CC de

excítocíón independiente.

a

..

In

..

b

Fig.7.9. Curvos de características de regu/ocíón de un generador con

Si el generador dispone de polos auxiliares y bobinado de compensación, se contrarrestará la reacción del inducido y la caída de tensión se reducirá, dando lugar a una nueva característica, Ub = f (J), con menos inclinación. Esta nueva característica la podemos ver en la Figl,Jra 7.11. ~

excítocíón índependiente.

1IR; + Re! + 2U,

f!.:IIIl D. (urva de caraeteríltica exterior Como se ha estudiado anteriormente, Ub = f(l). Con la característica externa del generador que estamos estudiando se puede comprobar cómo cae la tensión en bornes de la carga a medida que va aumentando la intensidad absorbida de los receptores, mientras permanecen constantes la corriente de excitación y la velocidad del inducido. La curva se representa tomando el eje de abscisas para los valores de la intensidad de carga, y el eje de ordenadas para los valores de la tensión en bornes.

o IL-

I~ I

Fig. 7.11. Curva de característica exteríor con la reaccíón del inducído

corregido.

111 (unos de ur aueríst ius

1,

shunt

del generador autoexcitado

1

I

¡ 1

Las propiedades del generador autoexcitado se determinan en función de los aspectos derivados del estudio de las curvas de características.

I 1

La característica en vacío, en carga, de regulación y la de exterior son las curvas que se van a estudiar en los geneautoexcitados. radores de

~

+ O-
ee

----o -

Ubo = RshLJnt .

t;

· 7 . 13. Esquema de conexión de un generador shun!. FIg.

.1 A.

(urvo de (oto eterílti(O en vacío del generador

.-1 B.

l~unt Al circular por el inducido una corriente de excitación cuando funciona en vacío, hace que no se cumpla la condición de que la corriente de carga sea nula. Al ser la corriente de excitación muy pequeña, si la comparamos con la corriente de carga, se puede afirmar que la curva se obtiene prácticamente en vacío. La curva de característíca en vacío del generador shunt vendrá dada por la función Ubo = f (1ex); si la comparamos con la curva de vacío del generador independiente, se puede comprobar que existen las tres partes indicadas en la curva en vacío: la recta inicial (1), el codo (2) y la zona de saturación (3). En la curva de vacío, se puede ver cómo la curva comienza en el eje de ordenadas, y cuenta con una pequeña tensión en bornes, producida por el magnetismo remanente.

(urvo de (oro¡teríltj(o en (argo del generador lh un t

La curva de característica en carga del generador shunt, dada por la función Ub = f (1ex), siendo 1> O y n = constante, es muy parecida a la característica en carga del generador de excitación independiente, aunque con una pequeña variación. En el generador de excitación independiente, la corriente exterior {I} y la del inducido (1;) coinciden; en el generador shunt no coinciden, y se cumple la función:

Fórmula 7.7

1; = 1+ (lexl En la Figura 7.14, se representa la curva para dos valores de la carga, muy parecida a la curva en carga del generador de excitación independiente.

1=0

1_.1 ,

- 3 '

1= 1,

--

I~

Fig. 7.12.

Curva de característíca de vacíode un generador shunt,

L---------------1~

Fig. 7.14.

Característica para dos valores de carga.

I~

.1

L Curva de lOIo(terílli(o de regulación del generador lhunl

La curva de característíca de regulación del generador shunt lex =f (IJ es prácticamente igual, y permite averiguar la excitación necesaria para cualquier carga. A ,~

C

B

loe

IOB

loe = Corriente debido 01 magnetismo remanente 10B

=Corriente de carga para la que se obtienen dos tensiones: U, - U,

Imo;,; = Corriente exterior máximo, quees (2 a 2'5)

AL.---

Fig. 7.16.

'n

Curva de característica exterior de un generador shunt,

1,

b

a

" Fig. 7.15.

•

la curva de característica de vacío, salvo el punto inicial, que corresponde al magnetismo remanente del circuito inductor, donde la corriente de excitación será cero.

Curva de característica de regulación en un generador shunt.

, D. Curva de (oroeteríllj(O exterior del generador lhunt

Se puede determinar la característica en vacío separando el circuito serie del inducido y aplicando una tensión de una fuente exterior.

La curva de característica exterior del generador shunt, Ub = f (J L no mantiene constante la corriente de excitación por variar ésta en función de la tensión en bornes. Para ello se toma como variable constante la resistencia del circuito de excitación, es decir, del inductor shunt. Como se puede comprobar, la característica exterior de un generador shunt tiene algunas diferencias con respecto al generador de excitación independiente, como: • Bajada de tensión al pasar de vací~ a carga. • Aumento limitado de la corriente de carga. • Se obtienen dos valores de tensión (U¡ - U2) para una misma corriente de carga.

•

, L Curva de coraeteríltico en vado del generador mie

,

'----------------_/~=

Fig. 7.17.

Curva de característica de vacío en un generadorserie.

.1 f.

Coroeteríltjco de (argo del generador mie

El generador con excitación serie presenta el inconveniente de su inestabilidad en el suministro de la tensión. Para el normal funcionamiento de este generador, es necesaria una carga exterior.

El funcionamiento normal de este generador, como se ha expuesto en el apartado anterior, es el de funcionamiento en carga, por ser necesaria la circulación de una corriente de excitación por el inductor.

Este generador presenta una corriente de excitación igual a la corriente exterior, por lo que no es posible determinar

El circuito de excitación es atravesado por la corriente de carga. Para evitar pérdidas de tensión y potencia, se cons-

truye el bobinado con pocas espiras de gran sección. De las curvas de características posibles, la que más interés puede tener es la de característica exterior.

. , G. (urva de ¡ara({Híllica exrerior de un generador mie La característica exterior del generador serie, Ub = F(1), no cumple la condición de mantener la corriente de excitación constante al variar con la carga, aun manteniendo la velocidad constante. Como se puede observar en la Figura 7.18, al principio lo curva presenta una inclinación considerable, lo que la hoce inestable, yo que una pequeña variación en la cargo provocará una variación considerable en la tensión en bornes. Al disminuir la resistencia de carga, aumenta la corriente de carga y la tensión en bornes, y se alzanza el valor máximo en el punto de la Figura 7.18.

e

Cuando los dos bobinados producen el campo magnético en la misma dirección, hablamos de compund aditivo, y cuando producen campos magnéticos opuestos, recibe el nombre de compund diferencial. Las características de funcionamiento del generador compund están comprendidas entre el generador serie y shunl. Lascaracterísticas que responden al funcionamiento del generador compund son las de vacío y las de exterior.

. , A. (urva caraeteríllica de vacío de un generador com pund El funcionamiento en vacío del generador compund se es similar a la de un generador shunl, ya que la corriente que recorre el bobinado serie es insignificante. Por lo tanto, la curva característica del generador compund en vacío será idéntica a la del generador shunl en vacío.

Si la resistencia de carga siguiera bajando, la tensión en bornes llegaría a anularse, lo que provocaría una elevación en la corriente de carga que llegaría hasta el punto A, y el generador funcionaría en cortocircuito.

C característica exterior L-

-,

,,

•

f~

Fig. 7.19. Curva característica de vacíode un generador compund.

, A

Fig. 7.¡ 8. Curva de característica exterior de un generadorserie.

.111 (urvos de corauerísticos del generador compund

La excitación del generador compund esta producida por el bobinado shunly el bobinado serie.

. , B. (urvo de característica eXlerior de un generador com pund En los generadores compund se relacionan las características del generador shunl y serie, originando las combinaciones siguientes:

• Generador compund: proporciona una tensión en bornes estable para cualquier carga (Figura 7.20). • Generador hipocompund: proporciona una tensión en bornes decreciente con el aumento de la carga. En esta

1

curva predomina la excitación shunt con respecto a la serie (Figura 7.20).

• Generador anticompund: proporciona una tensión en bornes muy decreciente con el aumento de la carga (Figura 7.20).

• Generador hipercompund: proporciona un ligero aumento de la tensión en bornes al aumentar la corriente de carga. En este tipo predomina le excitación serie con respecto a la excitación shunt (Figura 7.20).

• La corriente de excitación (1ex). • La tensión en bornes (Ub). Para estudiar el comportamiento del motor, relacionaremos la velocidad de rotación, el par motor y la corriente de excitación, con la tensión en bornes constante. Al relacionar las tres variables citadas, obtendremos una función de tres variables:

f (n, M, 1;) = O Al igual que sucedía en los generadores, la combinación de variables da lugar a las siguientes características.

~~~============- compund hipercompund hipocompund

.1

A. (urvo coroeteríltico de velocidad

Es la curva que representa gráficamente la velocidad del motor en función de la corriente del inducido:

shunl

anticompund

En la Figura 7.21, se puede comprobar la relación entre la velocidad y la corriente del inducido.

n

Fig.7.20. Características exleriores de un generadarcompund y un generadorshunt, (2)

lB {orauerísticu fundamentales

I

- - - -- - -- - - + - -- - -- -

(1)

--1

1

del motor de ((

I I 1

I I

I I I I

A lo largo del texto se ha expuesto que la máquina de corriente continua es reversible, es decir, que su aspecto constructivo se puede utilizar para genera~or y para motor.

;,,1

I 1

I I

El caso que nos ocupa, es decir, el motor de CC, transforma la energía eléctrica en energía mecánica. La aplicación del motor de corriente continua es mayor que la de los generadores, ya que prácticamente toda la generación de energía en sistemas de potencia se hace en corriente alterna. Las magnitudes que intervienen en los motores de CC son, fundamentalmente: • La velocidad de rotación (n). • El par motor (M). • La corriente del inducido (I¡).

1

Fig. 7.21. Característica de velocidad del motorde ce.

.1 B.

(urvo coroeteríltico de por motor

Es la curva que representa gráficamente el par motor en función de la corriente del inducido:

M=f{l¡) En la Figura 7.22, se puede comprobar la relación entre el par motor y la corriente del inducido.

M

• Por su funcionamiento. Como se pudo comprobar en unidades anteriores, los motores, por su excitación, pueden ser: • Motor con excitación independiente. • Motor con excitación derivación o shunt. • Motor excitación serie. • Motor excitación compuesta o compund.

Fig.7.22. Características de par motar.

Las características específicas de las máquinas de corriente continua y los bornes de identificación de los bobinados son las mismas que se han expuesto para los generadores de corriente continua.

.1 L Curvo de ¡orolteríltico mecánico

En la Figura 7.24 están representados los esquemas simplificados de cada uno de los tipos de excitación de los motores de

ce.

Es la curva que representa gráficamente el par motor en función de la velocidad de rotación: +-_e_----,----

red

M = f(M, n)

+ --.----,----red

En la Figura 7.23, se puede comprobar la relación entre el par motor y la velocidad de rotación.

M

E,

Motorexcitación derivación

------------ (JI Motorexcitación independiente

I I

o shunt + ---.>-------,---,--

red

+ ...-----,-,----

I

red

I

I I - - - - - - - - - - - - tI I I I I I

E,

o,

o,

(2) I I I I I I

o, Motor excitación serie

n

E,

E,

Motor excitación compuesta

o compund Fig. 7.23. Característica mecánica. Fig. 7.24. Motores de corriente continua.

•

_

El motor de corriente continua

en serVIcIo Entre las diferentes formas de clasificar los motores de corriente continua, se pueden destacar dos:

• Por su excitación.

III!I (oraeterística s OeneraIes

aplicadas en los motores de ce

Las características utilizables en el estudio de los motores de CC son:

• Característica de velocidad. • Característica de par motor. La expresión para determinar la velocidad en todos los motores de corriente continua, de manera simplificada, será:

Fórmula 7.S

Al disminuir el flujo por reacción del inducido al aumentar la carga, aumenta la velocidad, por lo que al disminuir el denominador de la Fórmula 7.8, aumentará la velocidad, como indica la curva 2 de la Figura 7.25. Puede ocurrir que la reacción del inducido sea muy elevada, lo que hace que la velocidad aumente aún más, como indica la curva 3 de la Figura 7.25.

•

La expresión para determinar el par motor en todos los motores de corriente continua será:

Fórmula 7.9

1

B. (aramrílli(d del par motor wita(ión ¡hunt

Si el flujo permanece constante, la característica del par interno se mostrará como una línea recta con su principio en el origen de las coordenadas. Se puede ver en la curva 1 de la Figura 7.26. Al no ser el flujo constante, ya que disminuye ligeramente con la carga, la característica del par interno está sensiblemente inclinada, como se ve en la curva 2 de la Figura 7.26.

.1 A. (araeterílti(a de velo(idad del motor ¡hun! En el motor de excitación shunt, la velocidad disminuye ligeramente (= 5 %) cuando el par motor aumenta. Al ser constante la tensión de la red, sólo intervienen en la expresión las variables R; . 1; y <1>.

La característica del par útil está por debajo de la curva anterior, a una distancia prácticamente constante; este par contrarresta las pérdidas, manteniéndose el par constante en carga y en vacío, por ser la velocidad y el flujo constantes.

M

Fórmula 7.10

Par para Rujoconstante (1)

Al ser el término R; . 1; muy pequeño, la velocidad baja algo con la carga. Se puede ver en la Figura 7.25, en la curva 1.

n

(1)

Con alta reacción de inducido

~--==;=============-(21 (3)

"--_-----L

~

1,

Al aumentar la carga

Con poca carga

Fig. 7.26. Caraclerística del par motor con diferenles valores de Ruia.

•

~------------~ 1,

Fig. 7.25. Caraclerística de velocidad de un motorshunt.

, L (araeterílli(a de velO(idad del mOlor mie

En el motor de excitación serie, al aumentar el par motor, la velocidad disminuye sensiblemente, de la misma manera que el motor no tiene límite de velocidad cuando se encuentra en vacío.

i

A

Por lo tanto, este motor no debe funcionar en vacío debido a la aceleración y pérdida de control en su velocidad; por eso decimos que es un motor muy inestable, cuya velocidad se expresa:

M

Por interno. Prevalece el Rujo del bobinado shunt

(1)

(2)

A diferencia del motor shunt, la corriente de excitación es la misma que la corriente de la carga, lo que hace variar el flujo con respecto a la carga. Llegamos a la conclusión de que la velocidad dependerá prácticamente del flujo. En la Figura 7.27, se puede observar la característica de la velocidad de un motor serie; la velocidad disminuye al disminuir la intensidad, como se puede comprobar en la siguiente igualdad:

/=1;=/ex

L.-

~

¡~

ti Fig. 7.28. Característica del par motor.

.1 L (oroeteríltico de velocidod del motor compund

N rpm)

Las características de funcionamiento del motor compund, como ocurriera en los generadores, están comprendidas entre las del motor serie y las del motor shunt. ni

n, n,

P,

- - - - - - I

--------J_

I

1

L _1 __ 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

L . - - - - - - - ' - - - - L - - - - L - - . ' i (A)

Fig. 7.27. Característica de velocidad de un motorserie.

.1 D.

(oro((erÍltico del por motor excitocjón míe

Al depender el par motor del producto del Aujo por la corriente, dado que el fluio depende de la corriente, el par motor será:

Al aumentar la corriente, el motor se satura y el par inter. . - no tiende a un valor constante, como se puede comprobar en la curva 1 de la Figura 7.28. La característica del par útil está situada debajo de la característica interna (ver curva 2 de la Figura 7.28), una vez que se le restan los valores del par que neutralizará las pérdidas.

Cuando los Rujos de los bobinados inductores serie y shunt se suman tenemos el motor compund aditivo, mientras que en el motor compund diferencial los Rujos de los bobinados inductores serie y shunt se oponen. De la Fórmula 7.11, se puede deducir que la velocidad del motor compundaditivo depende directamente de la corriente del inducido y, por tanto, también del f1uio resultante.

Fórmula 7.11

n=